Concevoir les structures métalliques qui soutiennent les installations industrielles

Rarement les tuyauteries et équipements sont posés à même le sol sur les sites industriels. Les installations impliquant des process de fluides sont effectivement souvent surélevées, parfois même hors de portée. Elles doivent donc être supportées par des structures en métal, passerelles, charpentes, racks ou poteaux… Des structures, qui doivent être spécifiquement conçues pour ne pas flancher, comme l’explique Santo Meli, Responsable Expertises & Performances pour 2c2i.

La plupart des installations industrielles sont en hauteur, mais pour quelles raisons ? « Souvent, les tuyaux sont placés à 3, voire 4 mètres de hauteur, décrit Santo Meli, pour exploiter la place au sol, laisser travailler des opérateurs en dessous et faire passer des camions ou des chariots élévateurs. » Ces tuyauteries doivent donc être maintenues en place fermement, pour ne pas s’écrouler et blesser les personnes qui circulent. Les structures métalliques (appelées aussi ″fers″) qui les soutiennent constituent ainsi généralement des ouvrages de grande taille, d’autant plus quand les diamètres des tuyaux sont importants. Elles sont même parfois entièrement fermées et couvertes quand des opérateurs doivent y accéder pour des opérations de contrôle et de maintenance. 

Le besoin des structures métalliques dans l’industrie

Autre situation, lorsque des opérateurs doivent intervenir sur des équipements de grande taille, comme les toits de dômes qui couvrent des réservoirs de stockage chaudronnés. Il convient ici d’imaginer des passerelles ou des échelles à crinolines pour que les opérateurs puissent effectuer la maintenance sans risque.

Le concepteur doit définir les accès et penser aux systèmes de sécurité, par exemple des échappatoires face aux risques d’incendie. « Il existe des normes dans ce domaine que l’on maîtrise parfaitement, affirme Santo Meli. Nous exploitons les codes de calculs appropriés pour pré-dimensionner ces structures, sans oublier qu’elles doivent tenir à divers charges statiques ou dynamiques : poids des équipements, circulation de personnes… »

Certains sites industriels vont jusqu’à installer des parties entières de leurs ateliers à différents étages. C’est le rôle des ingénieurs de 2c2i de concevoir le design de ces mezzanines en acier, ainsi que les accès. Enfin, dans les usines, on trouve beaucoup de machines de manutention, des poutres roulantes, ou des potences articulées et rotatives, consacrées au levage de charges. Dans cette situation également, 2c2i définit les structures de maintien de ces éléments.

Les étapes pour concevoir en toute sécurité

Dans toutes ces situations communes à beaucoup d’industries, il convient donc de définir des structures spécifiquement conçues dans les règles de l’art. « Les projeteurs commencent par modéliser en 3D les charpentes, les passerelles, les escaliers et autres ″fers″, en se servant généralement du logiciel E3D, décrit Santo Méli. Ils dessinent les éléments représentatifs, tels qu’ils seront dans la réalité, en termes de forme, de taille, de matériaux, de profils ouverts ou fermés, en se fondant sur leur expertise technique, ainsi que sur les codes et normes applicables. »

Les ingénieurs calcul prennent ensuite le relai. Sur la base du plan 3D des projeteurs, ils prédimensionnent les ″fers″, en prenant soin de prendre en compte les charges qui s’appliquent sur les structures métalliques. « Ces charges peuvent être statiques, liées par exemple au poids des équipements, circulation du personnel ou dynamiques comme la tenue au séisme…, indique Santo Meli. À titre d’exemple, si des opérateurs de maintenance montent avec leur outillage sur une passerelle, la charge moyenne est de 250 à 500 kg/m2».

 Les ingénieurs calcul se servent des codes européens de construction pour définir les principes de conception et de calcul des structures en acier des bâtiments et des ouvrages de génie civil. Ainsi, à l’aide de logiciels spécifiques de calculs, les ingénieurs calculs valident que les fers tels que prévus résistent bien aux charges statiques et dynamiques identifiées

Un cahier des charges précis pour guider le constructeur

Les plans de prédimensionnement vont alors permettre au chef de projet 2c2i de rédiger un cahier des charges précis et documenté permettant de sous-traiter la réalisation des structures métalliques conformément au besoin du client final… Et ce n’est pas tout, puisque les équipes de 2c2i vont valider les étapes de dimensionnement et de construction effectuées par l’entreprise sous-traitante. C’est une garantie supplémentaire pour l’industriel, afin de s’assurer que les bons codes, les bonnes entrées vont être utilisés, qu’il existe une réelle cohérence entre les plans et le dimensionnement…

Les enjeux de sécurité, de coût et de délais sont si importants, qu’on doit tous collaborer et intégrer les contraintes de chacun (opérateurs, maintenancier, industriel…) aux étapes de conception et de construction. Si les défauts apparaissent en phase de chantier, les conséquences peuvent être lourdes. « Au sein de 2c2i, résume Santo Meli, nous avons toutes les compétences en structure et en calcul mécanique nécessaires, pour valider les choix du prestataire de la construction et attester que le chantier se déroule bien. Nous intervenons également sur site, pour contrôler la structure finale et garantir des structures sans défaut ! » 

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