Sur mesure pour la recherche

Le meilleur pour les meilleurs

En 2015, l'Université de Cologne a réussi à attirer l’un des représentants les plus brillants de la recherche internationale sur la matière condensée, le Prof. Dr. Yoichi Ando, en tant que nouveau titulaire d’une chaire en physique expérimentale. Dans la « lutte » des universités pour attirer les meilleurs talents, l’architecture des bâtiments de recherche disponibles joue également un rôle important. Cela se voit de manière impressionnante à l’exemple du nouveau bâtiment du laboratoire de physique, construit spécialement pour le nouveau groupe de travail en physique sur le campus : lors de la planification et de l’équipement de ce bâtiment modulable de haute qualité, le professeur japonais a eu son mot à dire bien plus qu’un simple.

Le physicien né en 1964 à Tokyo, Yoichi Ando, est l’un des scientifiques de renommée mondiale dans le domaine des matériaux topologiques. Ses recherches révolutionnaires dans le domaine des supraconducteurs à haute température ont été plusieurs fois récompensées. Le faire venir pour l’enseignement et la recherche constitue un grand succès pour l’Université de Cologne. Cependant, dans le cadre de sa nomination – surtout en raison de la rénovation imminente du bâtiment de l’Institut de physique – il n’y avait pas suffisamment d’espace pour la recherche. Afin de créer rapidement des locaux de haute qualité, l’université de Cologne a décidé de lancer un appel d’offres pour la construction d’un nouveau laboratoire en construction modulaire. ALHO a remporté la procédure face à plusieurs concurrents et a lancé en juin 2015, sur la base du projet de l’entreprise colonaise Forstbachconsulting Baumanagement GmbH, la planification détaillée des travaux et de l’exécution de ce bâtiment exceptionnel.

« Clarification » concernant la construction modulaire – ou : Morsbach reçoit une visite

Mais auparavant, ALHO a accueilli une haute visite dans l’usine de Morsbach : le professeur étranger voulait d’abord voir par lui-même les conditions de fabrication et la qualité des modules, mais surtout comprendre les différences avec la construction « classique » de conteneurs. En effet : une « installation de conteneurs » n’était pas du tout ce que le physicien envisageait pour ses travaux de recherche.

Cependant, il s’intéressait à la construction modulaire, à la préfabrication des éléments et à leur montage rationnel – car cette méthode présente des parallèles avec l’architecture japonaise traditionnelle, qui combine lignes, surfaces et corps, ce qui facilite l’assemblage d’éléments standardisés et simples.

Sur place, il est rapidement devenu clair ce que signifie la construction modulaire ALHO : solide comme « pierre sur pierre », mais beaucoup plus rapide et flexible, ces bâtiments adaptables offrent des solutions de haute qualité pour une utilisation durable, constituant ainsi une alternative durable et intelligente à la construction massive. Les bâtiments modulaires sont éprouvés en termes de conception, optimisés sur le plan énergétique, architecturaux exigeants et indiscernables des bâtiments construits de manière conventionnelle. Les maîtres d’ouvrage et les utilisateurs apprécient les avantages de cette méthode rapide : sécurité dans la planification avec garantie de délai et de prix fixe, haute qualité grâce à une préfabrication industrielle contrôlée, construction très rapide grâce à des processus parallèles en usine et sur site, opérations silencieuses et propres lors du montage et de l’aménagement, ainsi que des solutions et standards éprouvés.

« Dans le nouveau bâtiment du laboratoire, seules des recherches menées par des étudiants dans le cadre de leur mémoire de licence ou de master, ainsi que pendant et après leur doctorat, seront réalisées. Grâce à la commande assistée par ordinateur et à la collecte de données, il n’y aura généralement pas plus de 10 personnes simultanément dans le bâtiment modulaire », explique le Dr Harald Kierspel du IIe Institut de physique de l’Université de Cologne.

Du point de vue des utilisateurs et des chercheurs, le bâtiment devait répondre à des exigences très spécifiques, notamment en ce qui concerne la répartition des surfaces et la hauteur des pièces. Par exemple, il fallait intégrer des excavations au sol pour créer des surfaces de montage pour des appareils nécessitant plus qu’une hauteur de pièce standard. Des zones non magnétiques, un comportement à faible vibration du sol, ainsi qu’une exigence accrue en matière de climatisation et de ventilation devaient également être garantis. Le Dr Kierspel confirme : « Toutes ces exigences ont été rapidement et de manière qualitative mises en œuvre grâce à la construction modulaire, ce qui nous permet d’être très satisfaits du bâtiment réalisé et de commencer les travaux de recherche là-bas. »

Programme spatial des superlatifs

Avec un laboratoire pour des mesures à des températures très basses proches du zéro absolu, une chambre de cuisson, une salle blanche avec sas et douche d’air, où des couches minces de composés innovants sont fabriquées et structurées au nanomètre par lithographie à faisceau d’électrons, ainsi que plusieurs salles de mesure et laboratoires pour la préparation et l’analyse d’échantillons, le Prof. Ando a imposé aux planificateurs un programme spatial peu commun. Les 20 modules de pièces, précisément préfabriqués en usine, s’alignent sur une surface brute d’environ 630 mètres carrés, formant une séquence clairement définie et respectant le déroulement logique des étapes de travail. La centrale technique, conçue comme un étage supplémentaire, avec ses éléments de ventilation, est située en haut.

Le bâtiment n’a pas de sous-sol. Dans la zone du laboratoire pour mesures à très basse température et de la salle blanche, le sol a dû être creusé à plusieurs endroits pour accueillir des fondations séparées, isolées des vibrations. Sur le plan statique, la structure portante des modules a également dû être renforcée : par exemple, le sol de la salle GHV pour l’installation d’un transformateur de séparation pesant environ 1 000 kg, et les plafonds du laboratoire à basse température pour supporter trois chariots manuels avec une charge de 250 kg chacun.

Les expériences physiques menées dans le bâtiment nécessitaient parfois une qualité d’éclairage particulière ou des connexions électriques et gazeuses étendues. Ainsi, les portes en verre du sas d’air et de la salle blanche sont équipées de verre spécial pour la lumière jaune. Tous les conduits, comme l’air comprimé, l’hélium, l’oxygène et l’azote, sont encastrés dans le mur, sans faux plafonds ni revêtements, afin de pouvoir intervenir rapidement en cas de fuite ou d’adapter immédiatement la fourniture. Les sols en PVC sont conducteurs. La plupart des pièces disposent de sorties de secours donnant directement à l’extérieur.

Toutes les pièces peuvent être complètement occultées. Dans celles qui devaient rester sans fenêtres, comme la salle blanche, des ouvertures pour d’éventuels futurs changements d’usage ont été prévues dans la structure modulaire, mais à la place des vitres, des caissons en tôle d’aluminium lisse ont été installés. Cela donne à la façade un aspect uniforme et continu.

Équipement de pointe pour une recherche de classe mondiale

Pendant la phase de « mobilier », l’intérieur du bâtiment présentait une image curieuse : des pièces et des couloirs remplis de caisses venues de l’étranger, souvent hautes d’un mètre et étiquetées avec des caractères japonais. En effet : le Prof. Ando a fait transporter et réinstaller dans son nouveau laboratoire à Cologne ses équipements ultramodernes issus de ses laboratoires d’origine, tels que des appareils de croissance de cristaux, des cryostats He3He4 avec aimants supraconducteurs, divers magnétomètres, des appareils à rayons X, des microscopes à force atomique et optiques.

Ce faisant, la recherche de classe mondiale peut rapidement continuer à Cologne. Mais le calendrier de construction d’ALHO est également exceptionnel : de la commande à la mise en service, il n’a fallu qu’un demi-année. La production des modules a duré trois semaines, leur montage sur site seulement deux jours. La pose des façades, en six semaines, a représenté une étape déjà conséquente. Cependant, cette masse de bâtiments montre une combinaison réussie de ce qui est possible en construction modulaire. Dans un ordre précis, les planificateurs ont aligné un enduit isolant, des panneaux d’aluminium isolés, des panneaux ventilés et des revêtements en tôle ondulée. Le bâtiment se distingue nettement des bâtiments existants, tout en s’intégrant harmonieusement dans la structure du campus sans dominer.