Summary
Highlights
La Tour CN, qui domine l'horizon de Toronto depuis près de 50 ans, est l'une des plus hautes tours de communication jamais construites et un chef-d'œuvre d'ingénierie du 20e siècle. D'une hauteur de plus de 553 mètres, elle a ouvert ses portes en 1976 en tant que plus haute structure autoportante de la planète, un titre qu'elle a conservé pendant plus de trois décennies. Aujourd'hui, elle reste la plus haute structure autoportante de l'hémisphère occidental et l'une des dix plus hautes du monde. Sa conception et sa construction, réalisées avant l'ère de l'informatique pour le calcul structurel, ont duré plus de neuf ans et ont nécessité des solutions innovantes à des problèmes sans précédent. En 1995, elle a été reconnue comme l'une des sept merveilles du monde moderne du génie civil par l'American Society of Civil Engineers.
La planification de la Tour CN a commencé dans les années 1960, lorsque la prolifération des gratte-ciel à Toronto a créé des problèmes pour la diffusion radio et télévisée. La solution a été une immense tour de communication capable de transmettre des signaux au-dessus de tout gratte-ciel futur, avec des émetteurs UHF à 338 m et VHF à 460-540 m. Pour affirmer la puissance de l'industrie canadienne, on a décidé de dépasser la hauteur minimale requise de 540 m afin d'en faire la structure autoportante la plus haute du monde. Pour aider à financer le projet de 63 millions de dollars (environ 350 millions aujourd'hui), plusieurs attractions touristiques ont été intégrées, comme un restaurant tournant à 360° et plusieurs ponts d'observation. La tour se compose d'un fût en béton de 450 m en forme de Y, surmonté d'une antenne en acier de 104 m. Les émetteurs UHF sont situés à la base d'une nacelle de 7 étages abritant le restaurant tournant et les ponts d'observation, tandis qu'une deuxième nacelle plus petite, le 'SkyPod', est située à 400 m, avec les émetteurs VHF au-dessus le long du mât en acier.
La construction a commencé en février 1973 et a duré 3 ans et 4 mois. Les fondations en béton armé de 5,5 m d'épaisseur, en forme de Y, s'étendent sur 33 m à partir du centre pour soutenir les trois pieds de la tour. Elles reposent directement sur le substrat rocheux de schistes après l'excavation de 56 tonnes métriques de terre. Le poids total de la structure est de près de 118 000 tonnes métriques. Pour éviter les concentrations de contraintes de cisaillement et de traction dans le schiste fragile, les bords des fondations ont été effilés de 5,5 m à 1,2 m. Pour contrer les forces de traction, le béton a été précontraint à l'aide d'un système de post-tension. 48 câbles en acier à haute résistance, composés de plusieurs brins, ont été tendus après le coulage du béton, appliquant une force compressive équivalente. Des cavernes creuses à l'intérieur des fondations ont permis d'accéder aux points d'ancrage pour le post-tensionnement du fût en béton. La construction des fondations a nécessité plus de 7 000 mètres cubes de béton et 450 tonnes métriques d'acier de renforcement, et a duré environ 3 mois.
Le fût en béton de 450 m, composant structurel principal de la tour, a été construit à l'aide d'une méthode de coffrage glissant. Il se compose d'un prisme hexagonal creux formant le noyau central et de trois cages d'ascenseur avec des panneaux de verre. Les trois pieds de support effilés s'étendent à 342 m, où se trouve la nacelle principale, tandis que les cages d'ascenseur atteignent environ 382 m. Le noyau central, qui s'étend sur toute la hauteur du fût jusqu'à 450 m, abrite les lignes de service et un escalier d'accès d'urgence. L'épaisseur des murs varie de 0,5 m à 1,5 m. La courbure des pieds a été optimisée pour l'efficacité structurelle, inspirée par la forme d'un glaçon inversé ou d'un tronc d'arbre, pour supporter les charges gravitationnelles et éoliennes avec un matériau minimal. Le coffrage glissant, une structure de trois étages avec des plateformes de travail, a été continuellement soulevé par des vérins hydrauliques pendant que le béton était coulé. Près de 29 000 mètres cubes de béton et 3 600 tonnes métriques d'acier d'armature ont été nécessaires, le processus de coffrage glissant ayant duré 8 mois avec des équipes travaillant 24 heures sur 24. La déviation verticale du fût fini n'était que de 28 mm, un exploit impressionnant pour l'époque.
Le fût en béton de la Tour CN est une console verticale conçue pour résister à des vents de plus de 400 km/h. Des études approfondies en soufflerie ont permis de concevoir deux amortisseurs de masse accordés passifs situés sur le mât de l'antenne, pour améliorer la fiabilité et les performances. Sous des vents soutenus de 200 km/h avec des rafales allant jusqu'à 320 km/h, le sommet du fût en béton peut osciller jusqu'à 0,5 m et le sommet de l'antenne jusqu'à 1 m. Pour contrer les forces de traction dues aux charges latérales (vent ou tremblement de terre), le fût a été précontraint à l'aide d'un système de post-tension. Ce système assure une contrainte de compression uniforme qui maintient le fût entièrement précontraint même lors d'événements éoliens d'une intensité de 1 sur 50 ans, évitant ainsi la fissuration. 144 câbles en acier à haute résistance, composés de 16 à 31 brins de fil d'acier, ont été installés dans des conduits verticaux. La plupart des câbles ont été tendus par le bas, avec une force de précontrainte de 1 800 kN à 3 500 kN par câble. Des conduits supplémentaires et des câbles de post-tension ont été installés pour faire face aux pertes de précontrainte et aux problèmes de constructibilité. Au total, près de 129 km de câbles d'acier, pesant 762 tonnes métriques, ont été utilisés pour précontraindre le fût, fournissant une force compressive combinée d'environ 365 MN.
La construction de la nacelle principale a débuté à l'été 1974 et a été l'une des dernières composantes achevées avant l'ouverture de la tour en 1976. Elle comprend sept niveaux principaux avec des dalles de plancher en béton soutenues par une charpente métallique. Le premier niveau, suspendu sous la nacelle, abrite les émetteurs UHF, protégés par un radôme gonflable en tissu de fibre de verre revêtu de téflon. Les niveaux 2 et 3 sont des ponts d'observation avec des fenêtres du sol au plafond et des panneaux de verre dans le plancher. Le niveau 4 abrite un restaurant tournant qui effectue une rotation complète en 72 minutes, offrant des vues à 360° sur Toronto. Les niveaux 5, 6 et 7 sont réservés aux équipements de diffusion UHF, VHF et mécaniques. Au-dessus de la nacelle, plusieurs niveaux supplémentaires dans le noyau en béton contiennent des équipements d'ascenseur et de gestion de l'eau. La charpente métallique de la nacelle forme un polygone à 12 côtés, soutenu par 12 murs-consoles en béton armé ancrés à l'extérieur du fût. Ces murs triangulaires sont disposés radialement et fixés par une poutre-ceinture annulaire en béton post-tendu, qui élimine les contraintes de traction. La construction de la nacelle a impliqué le hissage de l'ensemble des coffrages par des vérins hydrauliques jusqu'à une hauteur de 342 m, où le béton a été coulé pour former les murs-consoles et la dalle circulaire. L'ossature métallique des cinq niveaux supérieurs a ensuite été érigée, un travail périlleux réalisé par des monteurs d'acier.
Pendant la construction de la nacelle principale, le SkyPod a été érigé simultanément juste en dessous du sommet du fût en béton, à 447 m d'altitude. Soutenu par un corbeau circulaire en béton, il abrite une seule plateforme d'observation, la plus haute de l'hémisphère occidental, offrant des vues sur 160 km par temps clair. Au-dessus du SkyPod, l'antenne en acier, de 104 m de long, atteint une hauteur totale de 553 m. Elle est composée de 39 segments d'acier à haute résistance en forme de pentagone, dont la taille diminue vers le haut, et pèse plus de 272 tonnes métriques. Les émetteurs VHF sont installés le long de l'antenne, les câbles passant par des découpes à l'intérieur. L'antenne est également équipée de lumières d'avertissement, de deux amortisseurs de masse accordés passifs et de paratonnerres. Une peau en plastique renforcé de verre protège les équipements de diffusion et empêche l'accumulation de glace. Pour accélérer la construction, un hélicoptère Sikorsky SkyCrane, surnommé Olga, a été loué pendant 30 jours au printemps 1975 pour 230 000 USD (plus d'un million aujourd'hui). Il a permis de raccourcir la durée totale de construction de 5 mois. L'hélicoptère a effectué 56 vols pour soulever les sections de l'antenne, la plus lourde pesant plus de 7 tonnes métriques. Les sections d'acier, pré-assemblées au sol, ont été rapidement boulonnées par des équipes travaillant 7 jours sur 7. Le 2 avril 1975, la Tour CN a été couronnée par la dernière section d'acier, marquant sa hauteur officielle de 553,3 m. La tour a été mise en service le 26 juin 1976.
Depuis son inauguration, la Tour CN est devenue une icône canadienne et une prouesse d'ingénierie et de construction mondialement reconnue. Plus de 1,5 million de personnes visitent le site chaque année, et la tour continue de remplir son rôle de tour de communication, offrant des services de transmission à plus de 16 stations de télévision et de radio, ainsi qu'à des fournisseurs de téléphonie mobile et de radiodiffusion numérique. Des rénovations et des améliorations notables ont été apportées aux attractions, notamment l'ajout de plus de 1 300 lumières LED programmables à l'extérieur, l'installation de panneaux de verre dans les ascenseurs, et la création de l'« EdgeWalk », une promenade en plein air sur la nacelle principale à 356 m de hauteur. La Tour CN est une structure impressionnante qui domine l'horizon de Toronto depuis près de 50 ans. Avec une durée de vie prévue de 300 ans, elle continuera d'inspirer les générations futures comme l'une des plus grandes réalisations d'ingénierie du 20e siècle.