L'idée d'Anish Kapoor pour la sculpture Cloud Gate dans le Millennium Park de Chicago est qu'elle ressemble à du mercure liquide, reflétant parfaitement la ville environnante. Parvenir à cette harmonie est un travail réalisé avec passion.
« Ce que je souhaitais réaliser à Millennium Park, c'était créer une œuvre qui s'intègre à la silhouette de Chicago… pour que l'on puisse y voir les nuages ​​flotter et les gratte-ciel se refléter. Ensuite, grâce à la forme de la porte, le visiteur, le public, pourra pénétrer dans cette pièce très profonde, produisant ainsi un effet similaire à celui que l'extérieur de l'œuvre produit sur le reflet de la ville environnante. » – Anish Kapoor, artiste britannique de renommée internationale et sculpteur de Cloud Gate
En observant la surface calme de cette sculpture monumentale en acier inoxydable, il est difficile de deviner la quantité de métal et de courage qui se cachent sous sa surface. Cloud Gate recèle les histoires de plus de 100 métallurgistes, coupeurs, soudeurs, ébarbeurs, ingénieurs, techniciens, ferrailleurs, installateurs et gestionnaires — le tout sur une période de cinq ans.
Nombreux étaient ceux qui travaillaient sans relâche, enchaînaient les travaux d'atelier en pleine nuit, campaient sur place et peinaient sous une chaleur de 43 degrés Celsius, vêtus de combinaisons Tyvek® intégrales et de demi-masques respiratoires. Certains travaillaient dans des positions défiant la gravité, suspendus à leur ceinture de sécurité, outils à la main, sur des pentes glissantes. Tous les efforts étaient déployés, parfois même au-delà, pour rendre l'impossible possible.
La tâche de transformer le concept de nuages ​​éthérés flottants du sculpteur Anish Kapoor en une sculpture en acier inoxydable de 110 tonnes, de 66 pieds de long et de 33 pieds de haut a été confiée à la société de fabrication Performance Structures Inc. (PSI), Oakland, CA, et à MTH, Villa Park, IL. À l'occasion de son 120e anniversaire, MTH est l'un des plus anciens entrepreneurs en conception de structures architecturales en métal et en verre de la région de Chicago.
La réalisation de ce projet nécessitera l'expertise artistique, l'ingéniosité, les compétences mécaniques et le savoir-faire industriel des deux entreprises. Elles ont conçu et même fabriqué des équipements sur mesure pour ce projet.
Certains défis du projet proviennent de sa forme étrange et incurvée – un point ou un nombril inversé – et d'autres de sa taille imposante. Les sculptures ont été construites par deux entreprises différentes, sur des sites distants de plusieurs milliers de kilomètres, ce qui a engendré des problèmes de transport et d'organisation du travail. De nombreuses opérations nécessaires sur le terrain sont difficiles à réaliser en atelier, et encore plus sur le terrain. Une grande partie des difficultés réside simplement dans le fait qu'une telle structure n'a jamais été créée auparavant. Il n'y avait donc ni référence, ni plan, ni feuille de route.
Ethan Silva, de PSI, possède une vaste expérience dans la construction de coques, d'abord sur des navires puis dans d'autres projets artistiques, ce qui le qualifie pour des tâches uniques de construction de coques. Anish Kapoor a demandé à des diplômés en physique et en art de fournir une petite maquette.
« J’ai donc réalisé un échantillon de 2 x 3 mètres, une pièce polie, incurvée et très lisse, et il 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 entièrement la sculpture, puis l'expédie par voie maritime, d'abord au sud de l'océan Pacifique, via le canal de Panama, puis vers le nord le long de l'océan Atlantique et enfin par la voie maritime du Saint-Laurent jusqu'à un port du lac Michigan, selon Edward Uhlir, directeur général de Millennium Park Inc. D'après le communiqué, un système de convoyage spécialement conçu devait la transporter jusqu'au parc. Des contraintes de temps et des impératifs pratiques ont toutefois obligé à modifier ces plans. Par conséquent, les panneaux incurvés ont dû être étayés pour le transport et acheminés par camion jusqu'à Chicago, où MTH devait assembler la sous-structure et la superstructure, puis fixer les panneaux à cette dernière.
La finition et le polissage des soudures de la porte Cloud Gate pour obtenir un aspect impeccable ont constitué l'un des aspects les plus difficiles de la tâche d'installation et d'assemblage sur le terrain. Le processus en 12 étapes se termine par un rouge brillant similaire au produit de polissage des bijoux.
« Nous avons donc travaillé sur ce projet pendant environ trois ans, à fabriquer ces pièces », a déclaré Silva. « C'est un travail difficile. On passe beaucoup de temps à trouver la méthode et à peaufiner les détails ; en fait, à le perfectionner. Notre approche combine l'informatique et les techniques traditionnelles de travail des métaux, notamment le forgeage et les technologies aérospatiales. »
« Il est difficile de fabriquer avec précision quelque chose d'aussi grand et lourd », a-t-il déclaré. « Les plus grandes plaques mesuraient en moyenne 2,13 mètres de large sur 3,35 mètres de long et pesaient 680 kg. »
« La réalisation de tous les travaux de CAO et la création des plans d'atelier proprement dits constituent en réalité un projet de grande envergure », explique Silva. « Nous utilisons la technologie informatique pour mesurer les plaques et évaluer avec précision leur forme et leur courbure afin qu'elles s'emboîtent correctement. »
« Nous avons réalisé une modélisation informatique, puis nous l'avons divisée », a déclaré Silva. « J'ai utilisé mon expérience en matière de construction de coques et j'avais quelques idées sur la façon de segmenter les formes pour que les lignes de couture fonctionnent et que nous puissions obtenir des résultats de la meilleure qualité. »
Certaines plaques sont carrées, d'autres en forme de part de tarte. Plus elles se rapprochent d'une transition abrupte, plus elles sont en forme de part de tarte et plus la transition radiale est importante. En haut, elles sont plus plates et plus larges.
La découpe plasma permet de travailler l'acier inoxydable 316L de 6 à 9,5 mm d'épaisseur, un matériau déjà très résistant, explique Silva. « Le véritable défi consiste à obtenir une courbure suffisamment précise pour ces immenses plaques. Pour ce faire, on conçoit et fabrique avec une grande précision le cadre du système de nervures de chaque plaque. Ainsi, on peut définir 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 figure 1). « C'est un peu le même principe que celui des rouleaux britanniques. On utilise une technique similaire à celle employée pour la fabrication des ailes de voiture », explique Silva. Chaque panneau est cintré en le faisant glisser d'avant en arrière sur les rouleaux, en ajustant la pression exercée jusqu'à ce que les panneaux atteignent la dimension souhaitée à 0,25 mm près. La haute précision requise rend difficile le formage régulier des feuilles, précise-t-il.
Le soudeur raccorde ensuite le fil fourré à la structure interne du système de nervures. « À mon avis, le fil fourré est vraiment une excellente façon de réaliser des soudures structurelles sur l'acier inoxydable », explique Silva. « Il permet d'obtenir des soudures de haute qualité, axées sur la productivité, et offre un rendu esthétique impeccable. »
Toutes les surfaces des panneaux sont rectifiées à la main et usinées à la machine pour obtenir une précision au millième de pouce près, afin qu'ils s'emboîtent parfaitement (voir figure 2). Les dimensions sont vérifiées à l'aide d'équipements de mesure de précision et de numérisation 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 montés dans l'assemblage d'essai avant que les panneaux ne soient expédiés d'Auckland (voir figures 3 et 4). Nous avons planifié la procédure de revêtement et effectué quelques soudures sur de petites planches pour les assembler. « Ainsi, lorsque nous l'avons assemblé à Chicago, nous savions que cela allait s'adapter », a déclaré Silva.
La température, le temps et les vibrations du camion peuvent entraîner le relâchement de la tôle enroulée. La grille nervurée est conçue non seulement pour augmenter la rigidité de la plaque, mais aussi pour maintenir sa forme pendant le transport.
Par conséquent, avec le treillis de renfort à l'intérieur, la plaque est traitée thermiquement puis refroidie afin de réduire les contraintes mécaniques. Pour éviter tout dommage supplémentaire pendant le transport, des berceaux sont fabriqués pour chaque plaque, qui sont ensuite chargées dans des conteneurs, environ quatre à la fois.
Les conteneurs étaient ensuite chargés de produits semi-finis, environ quatre à la fois, et envoyés à Chicago avec les équipes de PSI pour être installés par les équipes de MTH. L'un est le responsable de la logistique qui coordonne le transport, et l'autre est le superviseur technique. Il travaille quotidiennement avec le personnel de MTH et contribue au développement de nouvelles technologies selon les besoins. « Il a bien sûr joué un rôle essentiel dans le processus », a déclaré Silva.
Lyle Hill, président de MTH, a déclaré que MTH Industries avait initialement pour mission de fixer la sculpture aérienne au sol et d'installer la superstructure, puis de souder les plaques et d'effectuer le ponçage et le polissage final, grâce aux conseils techniques de PSI. L'achèvement de la sculpture implique un équilibre entre art et fonctionnalité, théorie et réalité, délais impartis et délais prévus.
Lou Cerny, vice-président de l'ingénierie et chef de projet chez MTH, a déclaré que ce qui l'intéressait dans ce projet, c'était son caractère unique. « Pour autant que nous sachions, il y a des choses qui se passent dans ce projet particulier qui n'ont jamais été faites auparavant, ou qui n'ont jamais vraiment été envisagées auparavant », a déclaré Cerny.
Mais travailler sur un projet inédit exige une ingéniosité flexible sur le terrain pour relever les défis imprévus et répondre aux questions qui se posent au fur et à mesure de l'avancement des travaux :
Comment fixer 128 panneaux en acier inoxydable de la taille d'une voiture sur une superstructure permanente tout en les manipulant avec une extrême précaution ? Comment souder une pièce métallique géante en forme d'arc sans s'appuyer dessus ? Comment réaliser une soudure en pénétration sans pouvoir souder de l'intérieur ? Comment obtenir une finition miroir parfaite pour les soudures d'acier inoxydable sur le terrain ? Que se passera-t-il si la foudre frappe la pièce ?
Le premier signe que ce projet serait exceptionnellement difficile, a déclaré Cerny, est apparu lorsque la construction et l'installation de l'équipement de 30 000 livres ont commencé. La structure en acier qui soutient la sculpture.
Bien que l'acier de construction riche en zinc fourni par PSI pour assembler la base de la sous-structure ait été relativement simple à fabriquer, le site de la sous-structure était situé à moitié au-dessus du restaurant et à moitié au-dessus du parking, chacun à une hauteur différente.
« La sous-structure est donc en quelque sorte en porte-à-faux et branlante », a déclaré Cerny. « Là où nous avons placé une grande partie de cet acier, y compris au début des travaux de tôlerie, nous avons dû faire entrer la grue dans un trou de 1,5 mètre. »
Cerny a expliqué qu'ils avaient utilisé un système d'ancrage très sophistiqué, comprenant un système de précharge mécanique, similaire à celui utilisé dans les mines de charbon, et des ancrages chimiques. Une fois la sous-structure de la structure en acier fixée dans le béton, il est nécessaire de construire une superstructure à laquelle la coque sera fixée.
« Nous avons commencé l'installation du système de treillis en utilisant deux grands anneaux en O en acier inoxydable 304 fabriqués sur mesure, l'un à l'extrémité nord de la structure et l'autre à l'extrémité sud », explique Cerny (voir figure 3). Les anneaux sont maintenus ensemble par des treillis tubulaires entrecroisés. Le sous-cadre à noyau annulaire est construit par sections et boulonné sur place à l'aide de GMAW et de soudure à barres, ainsi que de raidisseurs soudés.
« Il y a donc une grande superstructure que personne n'a jamais vue ; elle sert uniquement à la charpente », a déclaré Cerny.
Malgré tous les efforts déployés pour concevoir, fabriquer et installer tous les composants nécessaires au projet d'Auckland, cette sculpture est sans précédent et l'innovation comporte toujours son lot d'imprévus. De même, l'intégration des concepts de fabrication de deux entreprises n'est pas aussi simple qu'une passation de relais. Par ailleurs, la distance entre les sites a engendré des retards de livraison, justifiant ainsi une production partielle sur place.
« Bien que les procédures d'assemblage et de soudage aient été planifiées à l'avance à Oakland, les conditions réelles du site ont nécessité une grande ingéniosité de la part de tous », a déclaré Silva. « Et le personnel syndiqué est vraiment formidable. »
Durant les premiers mois, le quotidien de MTH consistait à déterminer les tâches à accomplir et la meilleure façon de fabriquer certains composants nécessaires à l'érection du sous-châssis, ainsi que des entretoises, des amortisseurs, des bras, des chevilles et des axes. Des barres de suspension étaient également nécessaires pour créer un système de bardage temporaire, a précisé Er.
« C'est un processus continu de conception et de fabrication à la volée pour assurer la continuité des opérations et acheminer rapidement les pièces sur le site. Nous consacrons beaucoup de temps à trier les pièces disponibles, à les repenser et à les repenser dans certains cas, puis à fabriquer les pièces nécessaires. »
« Concrètement, nous aurons dix articles à livrer sur place mercredi, mardi », a déclaré Hill. « Il y a beaucoup d'heures supplémentaires et beaucoup de travail en magasin à faire au milieu de la nuit. »
« Environ 75 % des composants de suspension des planches sont fabriqués ou modifiés sur place », a déclaré Cerny. « À plusieurs reprises, nous avons littéralement improvisé une journée de 24 heures. Je restais au magasin jusqu'à 2 ou 3 heures du matin, je rentrais prendre une douche, je reprenais la commande à 5 h 30 et j'étais encore trempé. »
Le système de suspension temporaire MTH pour l'assemblage du logement est composé de ressorts, d'entretoises et de câbles. Tous les joints entre les plaques sont boulonnés temporairement ensemble. « Ainsi, toute la structure est connectée mécaniquement, suspendue de l'intérieur, avec 304 treillis », a déclaré Cerny.
Ils commencent par le dôme à la base de la sculpture omhalus – « le nombril ». Le dôme était suspendu aux fermes à l'aide d'un système de suspension temporaire à quatre points composé de supports, de câbles et de ressorts. Cerny a expliqué que le ressort permettait une certaine souplesse à mesure que des planches étaient ajoutées. Les ressorts étaient ensuite réajustés en fonction du poids ajouté par chaque plaque afin d'équilibrer l'ensemble de la sculpture.
Chacune des 168 planches est soutenue individuellement par un système de suspension à ressorts à quatre points. « L’objectif est de ne pas surcharger les joints, car ils sont conçus pour obtenir un écart nul », explique Cerny. « Si une planche heurte celle du dessous, cela peut provoquer un flambage et d’autres problèmes. »
Preuve de la précision du travail de PSI, l'assemblage est impeccable, avec très peu d'interstices. « PSI a réalisé un travail fantastique sur les panneaux », déclare Cerny. « Je leur en suis très reconnaissant, car au final, l'ajustement est parfait. La finition est vraiment soignée, ce qui me convient parfaitement. On parle de quelques millièmes de pouce. La plaque est posée avec une précision remarquable, bord à bord. »
« 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 et les plaques polies miroir contribuent à refléter leur environnement. Or, les joints bout à bout sont visibles, contrairement au mercure liquide. De plus, la sculpture a dû être entièrement soudée afin de garantir son intégrité structurelle pour les générations futures, a précisé Silva.
L'achèvement de Cloud Gate a dû être suspendu lors de la grande ouverture du parc à l'automne 2004, donc omhalus était un GTAW en direct, et cela a duré quelques mois.
« On peut voir de petites taches brunes, qui sont des joints de soudure TIG, tout autour de la structure », a déclaré Cerny. « Nous avons commencé à reconstruire les tentes en janvier. »
« Le prochain grand défi de fabrication pour ce projet consistait à souder le joint sans perdre en précision de forme en raison de la déformation due au retrait de soudage », a déclaré Silva.
Le soudage plasma offre la résistance et la rigidité requises avec un risque minimal pour la tôle, a déclaré Cerny. Un mélange de 98 % d'argon et de 2 % d'hélium est optimal pour réduire l'encrassement 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 développés et utilisés par PSI.