Pour la sculpture Cloud Gate du Millennium Park de Chicago, Anish Kapoor imagine une œuvre évoquant le mercure liquide, reflétant harmonieusement la ville environnante. Parvenir à cette harmonie est un véritable travail de passion.
« Ce que je souhaitais réaliser à Millennium Park, c'était d'intégrer la skyline de Chicago… afin que les visiteurs puissent voir les nuages ​​flotter à l'intérieur et ces gratte-ciel se refléter dans l'œuvre. Puis, comme elle prend la forme d'une porte, le participant, le spectateur, pourra pénétrer dans cet espace très profond, qui, d'une certaine manière, produit le même effet sur le reflet d'une personne que l'œuvre produit sur le reflet de la ville environnante. » — Anish Kapoor, artiste britannique de renommée mondiale, sculpteur de Cloud Gate
À la vue de la surface immaculée de cette sculpture monumentale en acier inoxydable, il est difficile d'imaginer la quantité de métal et de courage qu'elle renferme. Cloud Gate recèle les histoires de plus de 100 métallurgistes, découpeurs, soudeurs, ébarbeurs, ingénieurs, techniciens, ouvriers du métal, installateurs et gestionnaires – durant ces cinq années de travail.
Nombreux sont ceux qui travaillent de longues heures, dans des ateliers en pleine nuit, campent sur des chantiers et travaillent par 43 degrés Celsius, vêtus de combinaisons Tyvek® intégrales et de demi-masques. Certains luttent contre la gravité, suspendus à des harnais, tenant des outils et travaillant sur des pentes glissantes. Tous mettent tout en œuvre (et même bien plus) pour rendre l'impossible possible.
La transformation du concept de nuages ​​éthérés flottants imaginé par le sculpteur Anish Kapoor en une sculpture en acier inoxydable de 110 tonnes, de 20 mètres de long et de 10 mètres de haut, a été confiée à Performance Structures Inc. (PSI), d'Oakland, en Californie, et à MTH, de Villa Park, dans l'Illinois. Forte de ses 120 ans d'existence, MTH est l'une des plus anciennes entreprises de construction métallique et vitrée de la région de Chicago.
Les exigences liées à la mise en œuvre du projet dépendront des compétences artistiques, de l'ingéniosité, des aptitudes techniques et du savoir-faire industriel des deux entreprises. Il s'agit d'équipements conçus et fabriqués sur mesure pour ce projet.
Certains problèmes du projet découlent de sa forme étrangement incurvée – un point ou un nombril inversé – et d'autres de ses dimensions colossales. Les sculptures ont été construites par deux entreprises différentes, sur des sites distants de plusieurs milliers de kilomètres, ce qui a engendré des difficultés de transport et d'organisation du travail. De nombreuses opérations réalisées sur le terrain sont complexes à mettre en œuvre en atelier, et a fortiori sur le chantier. La principale difficulté réside dans le fait qu'une telle structure est inédite. Il n'y avait donc ni lien, ni plan, ni feuille de route.
Ethan Silva, de PSI, possède une vaste expérience en construction de coques, d'abord navales puis dans le cadre d'autres projets artistiques, et est qualifié pour réaliser des tâches uniques dans ce domaine. Anish Kapoor a demandé à un diplômé en physique et en art de lui fournir une maquette.
« J’ai donc réalisé un échantillon de 2 m x 3 m, une pièce polie, incurvée et très lisse, et il m’a dit : “Oh, c’est vous qui l’avez fait, vous êtes le seul à l’avoir fait”, car il cherchait depuis deux ans quelqu’un capable de le faire », a déclaré Silva.
Le plan initial prévoyait que PSI fabrique et construise l'intégralité de la sculpture, puis l'expédie par voie maritime du Pacifique Sud, via le canal de Panama, vers le nord le long de l'océan Atlantique et de la voie maritime du Saint-Laurent jusqu'à un port du lac Michigan, selon Edward Ulir, directeur général de Millennium Park Inc. Un système de convoyage spécialement conçu devait ensuite la transporter jusqu'au parc. Des contraintes de temps et des impératifs pratiques ont contraint à modifier ces plans. Les panneaux incurvés ont donc dû être solidement fixés pour le transport et acheminés par camion jusqu'à Chicago, où MTH a assemblé la sous-structure et la superstructure, puis fixé les panneaux à cette dernière.
La finition et le polissage des soudures de Cloud Gate, afin de leur conférer un aspect impeccable, ont constitué l'une des étapes les plus délicates de l'installation et du montage sur site. Ce processus en 12 étapes s'achève par l'application d'un vernis lustrant, semblable à celui utilisé pour les bijoux.
« En gros, nous avons travaillé sur ce projet pendant environ trois ans pour fabriquer ces pièces », a déclaré Silva. « C'est un travail difficile. Il faut beaucoup de temps pour trouver la méthode et peaufiner les détails, afin d'atteindre la perfection. Notre approche, qui combine l'informatique et les techniques traditionnelles de travail des métaux, associe le forgeage et les technologies aérospatiales. »
D'après lui, il est difficile de fabriquer avec une telle précision une pièce aussi grande et aussi lourde. Les plus grandes dalles mesuraient en moyenne 2,13 mètres de large et 3,35 mètres de long, pour un poids de 680 kg.
« Réaliser tous les travaux de CAO et créer les plans d’atelier proprement dits représente un projet de grande envergure en soi », explique Silva. « Nous utilisons la technologie informatique pour mesurer les plaques et évaluer avec précision leur forme et leur courbure afin qu’elles s’assemblent correctement. »
« Nous avons effectué une simulation informatique, puis nous avons procédé par étapes », a expliqué Silva. « J'ai mis à profit mon expérience en construction de coques et j'avais des idées sur la façon de segmenter les formes afin que les lignes de jointure soient harmonieuses et que nous puissions obtenir des résultats de la meilleure qualité possible. »
Certaines plaques sont carrées, d'autres en forme de secteur. Plus elles se rapprochent de la transition abrupte, plus leur forme est circulaire et plus le rayon de la transition radiale est grand. Dans leur partie supérieure, elles sont plus plates et plus larges.
Le plasma découpe l'acier inoxydable 316L de 6 à 9,5 mm d'épaisseur, explique Silva, un matériau déjà suffisamment résistant. « Le véritable défi consiste à donner aux immenses plaques une courbure précise. Pour cela, on façonne et fabrique avec une grande précision le cadre du système de nervures pour chaque plaque. Ainsi, on peut déterminer avec exactitude la forme de chaque plaque. »
Les panneaux sont laminés sur des rouleaux 3D conçus et fabriqués par PSI spécifiquement pour ce type de laminage (voir fig. 1). « C'est un peu comme un cousin des rouleaux britanniques. Nous utilisons la même technologie que pour les ailes », explique Silva. Chaque panneau est cintré en le faisant glisser d'avant en arrière sur les rouleaux, la pression étant ajustée jusqu'à ce que les panneaux atteignent la dimension souhaitée à 0,25 mm près. Selon lui, cette haute précision requise rend difficile le formage régulier des feuilles.
Le soudeur fixe ensuite le fil fourré à la structure du système nervuré interne. « À mon avis, le fil fourré est une excellente solution pour réaliser des soudures structurelles en acier inoxydable », explique Silva. « On obtient ainsi des soudures de haute qualité, alliant performance et esthétique. »
Toutes les surfaces des panneaux sont poncées à la main et usinées au millième de pouce près pour un assemblage parfait (voir fig. 2). Les dimensions sont vérifiées à l'aide d'instruments de mesure précis et d'un scanner laser. Enfin, la plaque est polie miroir et recouverte d'un film protecteur.
Environ un tiers des panneaux, ainsi que la base et la structure interne, ont été assemblés lors d'un montage test avant leur expédition d'Auckland (voir figures 3 et 4). La procédure de pose des planches a été planifiée et plusieurs petites planches ont été soudées par points pour les assembler. « Ainsi, lorsque nous avons procédé à l'assemblage à Chicago, nous savions que tout s'emboîterait parfaitement », a déclaré Silva.
La température, le temps et les vibrations du chariot peuvent entraîner le relâchement des feuilles enroulées. La grille nervurée est conçue non seulement pour accroître la rigidité de la plaque, mais aussi pour maintenir sa forme pendant le transport.
Par conséquent, une fois le treillis de renfort inséré, la plaque est traitée thermiquement puis refroidie afin de réduire les contraintes mécaniques. Pour éviter tout dommage durant le transport, des supports sont fabriqués pour chaque plat, puis quatre environ sont chargés dans des conteneurs.
Les conteneurs étaient ensuite chargés de produits semi-finis, environ quatre à la fois, et expédiés à Chicago avec les équipes de PSI pour être installés par celles de MTH. L'un d'eux est logisticien et coordonne le transport, tandis que l'autre est superviseur technique. Il travaille quotidiennement avec le personnel de MTH et contribue au développement de nouvelles technologies selon les besoins. « Bien sûr, il a joué un rôle essentiel dans ce processus », a déclaré Silva.
Selon Lyle Hill, président de MTH, MTH Industries avait initialement pour mission d'ancrer la sculpture éthérée au sol et d'installer la superstructure, puis d'y souder des plaques avant de procéder au ponçage et au polissage final. L'équilibre entre art et praticité, théorie et réalité, temps requis et temps prévu a été difficile à trouver.
Lou Czerny, vice-président de l'ingénierie et chef de projet chez MTH, a déclaré être intéressé par le caractère unique du projet. « À notre connaissance, ce projet met en œuvre des éléments inédits, jamais envisagés ni réalisés auparavant », a-t-il affirmé.
Mais travailler sur un projet inédit exige une ingéniosité flexible sur le terrain pour faire face aux problèmes imprévus et répondre aux questions qui se posent en cours de route :
Comment fixer 128 panneaux en acier inoxydable de la taille d'une voiture à une superstructure permanente avec une extrême précaution ? Comment souder un haricot géant en forme d'arc sans s'appuyer dessus ? Comment réaliser une soudure pénétrante sans pouvoir souder de l'intérieur ? Comment obtenir une finition miroir parfaite sur des soudures en acier inoxydable directement sur le chantier ? Que se passe-t-il s'il est frappé par la foudre ?
Czerny a déclaré que le premier signe de la complexité exceptionnelle de ce projet est apparu lors du début de la construction et de l'installation de l'équipement de 13 600 kg. Structure en acier soutenant la sculpture.
Bien que l'acier de construction à haute teneur en zinc fourni par PSI pour assembler la base de la sous-structure ait été relativement facile à fabriquer, la plateforme de la sous-structure se trouvait à moitié au-dessus du restaurant et à moitié au-dessus du parking, chacune à une hauteur différente.
« La base est donc en porte-à-faux et instable », a expliqué Czerny. « Là où nous avons placé une grande partie de l'acier, notamment au début de la dalle elle-même, nous avons dû forcer la grue à entrer dans un trou de 1,5 mètre. »
Czerny a expliqué qu'ils avaient utilisé un système d'ancrage très sophistiqué, comprenant un système de précontrainte mécanique similaire à celui utilisé dans les mines de charbon et des ancrages chimiques. Une fois la base de la structure métallique ancrée dans le béton, une superstructure doit être construite pour recevoir la coque.
« Nous avons commencé l'installation de la structure en utilisant deux grands anneaux toriques en acier inoxydable 304, fabriqués sur mesure : un à l'extrémité nord et l'autre à l'extrémité sud », explique Czerny (voir figure 3). Les anneaux sont fixés par des treillis tubulaires entrecroisés. Le sous-châssis annulaire est sectionné et boulonné en place par soudage GMAW, soudage à la barre et raidisseurs soudés.
« Il y a donc une grande superstructure que personne n'a jamais vue ; elle sert uniquement à la charpente structurelle », a déclaré Czerny.
Malgré tous les efforts déployés pour concevoir, fabriquer et installer tous les composants nécessaires au projet d'Auckland, cette sculpture est sans précédent et tout projet novateur comporte son lot d'imprévus. De même, adapter le concept de fabrication d'une entreprise à une autre n'est pas chose aisée. Par ailleurs, la distance entre les sites a engendré des retards de livraison, justifiant ainsi une production locale partielle.
« Bien que les procédures d’assemblage et de soudage aient été planifiées à Auckland à l’avance, les conditions réelles sur le chantier ont exigé de chacun qu’il fasse preuve de créativité », a déclaré Silva. « Et le personnel syndiqué est vraiment formidable. »
Durant les premiers mois, la routine quotidienne de MTH consistait à déterminer les tâches du jour et la meilleure façon de fabriquer certains composants de l'assemblage du sous-châssis, ainsi que des entretoises, des amortisseurs, des bras, des axes et des goupilles. Er a précisé que des barres sauteurs étaient nécessaires pour créer un système de bardage temporaire.
« Il s'agit d'un processus de conception et de production continu et flexible pour assurer la continuité des opérations et une mise en service rapide. Nous consacrons beaucoup de temps à trier les éléments dont nous disposons, parfois même à les repenser et à les repenser encore, puis nous fabriquons les pièces nécessaires. »
« Mardi, nous aurons littéralement dix articles à livrer mercredi », a déclaré Hill. « Nous avons beaucoup d'heures supplémentaires et beaucoup de travail en magasin à faire au milieu de la nuit. »
« Environ 75 % des composants de suspension du buffet sont fabriqués ou modifiés sur place », a déclaré Czerny. « À deux reprises, nous avons littéralement rattrapé une journée de 24 heures. J'étais au magasin jusqu'à 2 ou 3 heures du matin, et à 5 h 30, je rentrais chez moi pour prendre une douche et aller chercher les ingrédients, encore trempé. »
Le système de suspension temporaire MTN utilisé pour l'assemblage de la coque est composé de ressorts, d'entretoises et de câbles. Tous les joints entre les plaques sont fixés provisoirement par des boulons. « Ainsi, l'ensemble de la structure est relié mécaniquement et suspendu de l'intérieur par 304 treillis », a précisé Czerny.
Ils commencent par le dôme à la base de la sculpture Omgala – « le nombril du nombril ». Le dôme était suspendu aux fermes grâce à un système de suspension temporaire à quatre points, composé de supports, de câbles et de ressorts. Czerny a expliqué que le ressort permettait un certain « rebond » à mesure que de nouvelles planches étaient ajoutées. Les ressorts étaient ensuite ajustés en fonction du poids ajouté par chaque plaque afin d'équilibrer l'ensemble de la sculpture.
Chacune des 168 planches est dotée d'un système de suspension à ressorts à quatre points d'appui, assurant ainsi son maintien individuel. « L'objectif est de ne pas surévaluer les joints, car ils sont conçus pour une rupture nette », explique Cerny. « Si une planche heurte celle du dessous, cela peut entraîner des déformations et d'autres problèmes. »
Preuve de la précision de PSI, la construction est impeccable, sans aucun jeu. « PSI a fait un travail fantastique sur les panneaux », déclare Czerny. « Je les félicite car, au final, l'ajustement est parfait. C'est vraiment excellent et ça me convient parfaitement. On parle de quelques millièmes de pouce, littéralement. »
« Une fois l’assemblage terminé, beaucoup de gens pensent que c’est fini », a déclaré Silva, non seulement parce que les joints sont étanches, mais aussi parce que les pièces entièrement assemblées, avec leurs plaques polies miroir, reflètent l’environnement. Or, si les joints bout à bout sont visibles, le mercure liquide, lui, n’a pas de joint. De plus, la sculpture a dû être entièrement soudée afin de préserver son intégrité structurelle pour les générations futures, a précisé Silva.
L'achèvement de la Cloud Gate a dû être retardé lors de la grande ouverture du parc à l'automne 2004, omhalus est donc devenu un GTAW vivant, et cela a duré plusieurs mois.
« On peut voir de petites taches brunes tout autour de la structure ; ce sont des joints de soudure TIG », a expliqué Czerny. « Nous avons commencé la restauration des tentes en janvier. »
« Le prochain grand défi de production pour ce projet consistait à souder une couture sans perdre en précision de forme à cause du retrait de soudage », a déclaré Silva.
D'après Czerny, le soudage plasma offre la résistance et la rigidité nécessaires avec un risque minimal pour la tôle. Un mélange de 98 % d'argon et de 2 % d'hélium est optimal pour réduire la pollution et améliorer la fusion.
Les soudeurs utilisent des techniques de soudage plasma à trou de serrure à l'aide de sources d'énergie Thermal Arc® et d'ensembles tracteur et torche spéciaux conçus et utilisés par PSI.