La société internationale BIG - Bjarke Ingels Group et le studio londonien Heatherwick Studio ont achevé un triplet de structures légères à longue portée pour l'entreprise technologique Google. Les bâtiments présentent des toits concaves recouverts de 50 000 panneaux photovoltaïques - une "peau solaire" qui absorbe le soleil californien et transforme son énergie en électricité pour le nouveau campus qui accueille des milliers d'utilisateurs.
La Silicon Valley est devenue une source de produits révolutionnaires des décennies avant que ses entreprises ne se lancent dans la réalisation d'une architecture innovante.
Ce n'est qu'avec le premier siège de Google - le Googleplex, inauguré en 2004 et conçu par Clive Wilkinson Architects - que l'industrie technologique de la région a commencé à établir des normes de conception architecturale grâce à une planification inventive des espaces ouverts et à une programmation dynamique. Plus récemment, le siège en forme d'anneau de Foster + Partners pour Apple à Cupertino et le siège de Gehry Partners à Menlo Park pour Facebook, inaugurés respectivement en 2017 et 2018, ont fait la une des journaux en raison de leur ampleur. Le premier est remarquable pour sa géométrie pure et son esthétique épurée, et le second pour son design ludique et informel.
L'épicentre de la technologie a désormais un nouveau point de repère architectural : le campus de Google à Bay View. Le projet comprend un ensemble de structures légères à longue portée qui produisent des enveloppes à double courbure terminées par un système de "bardeaux solaires". L'immense utilisation que fait le campus de la photovoltaïque, une technologie qui utilise le silicium comme semi-conducteur, peut même être considérée comme ayant élargi l'association de la Silicon Valley avec ce matériau au-delà de son utilisation historique dans le matériel informatique. Les trois bâtiments qui composent le nouveau siège de Google présentent des surfaces photovoltaïques suffisamment grandes pour générer l'équivalent de la quantité d'énergie nécessaire à l'alimentation de 3 500 maisons individuelles pendant un an. Google estime que cette peau photovoltaïque fournira environ 40 % des besoins énergétiques du campus.
Le campus abrite un espace de 1,1 million de pieds carrés (102 000 mètres carrés). Il comprend deux bâtiments de travail, un centre événementiel pour 1 000 personnes et 240 unités d'hébergement de courte durée pour les employés. Les structures se trouvent sur un site de 42 acres comprenant des zones humides, des bois et des marais restaurés. Le projet est la plus grande structure à obtenir la certification LEED Platine et devient également la plus grande installation à obtenir la certification LBC Water Petal de l'International Living Future Institute, qui reconnaît la réutilisation des eaux usées et des eaux pluviales.
Développement d'une structure innovante à longue portée
En pleine période de croissance rapide, les fondateurs de Google ont cherché à planifier un nouveau campus capable de répondre aux besoins futurs. L'entreprise avait besoin d'un nouvel espace flexible, et de beaucoup d'espace. L'équipe de planification de Google a demandé aux architectes de concevoir un campus de des milliers de bureaux qui pourrait évoluer avec l'entreprise. "Ils voulaient un bâtiment capable de résister à l'épreuve du temps", explique Blake Smith, associé chez BIG et concepteur du projet Bay View.
Selon Blake Smith, le projet est né d'une relation directe entre les architectes et les dirigeants de Google. Larry Page, en particulier, a joué un rôle crucial dans les premières étapes de la conception : "Il nous a demandé de répondre à une requête de type "moonshot"", explique Blake Smith. "Il voulait une structure dotée d'une enceinte parfaite : une structure en apesanteur, invisible, génératrice d'énergie, favorisant la biophilie, offrant une qualité d'air intérieur optimale et des conditions d'éclairage idéales pour le travail sur ordinateur et sur le bureau.
Lors de sa première visite du site, l'équipe de conception s'est rendue sur l'aérodrome fédéral de Moffett, qui abrite des hangars construits pour servir l'armée de l'air américaine pendant les deux guerres mondiales. "Nous avons été frappés par l'échelle et l'intégrité des structures, le contexte unique qu'elles créaient et surtout leur polyvalence pour une vie bien au-delà de leur utilisation d'origine", selon Smith. Les formes légères et flexibles et les vastes espaces ont persuadé les architectes que les ambitions de Google pourraient être satisfaites par une sorte de hangar moderne. "L'idée d'une canopée minimale planant au-dessus des villages d'équipes s'est imposée comme un moyen d'assurer la flexibilité tout en créant une expérience activée, semblable à celle d'un campus.
L'équipe de BIG et Heatherwick s'est concentrée sur les structures à longue portée comme point de départ du projet. Dans ses études conceptuelles, l'équipe de conception a épuisé toutes les possibilités de typologies structurelles. "Nous avons exploré toute la gamme", déclare Smith. Les dômes, les coquilles, les cadres spatiaux, les tissus de verre tendus avec photovoltaïques intégrés et même une structure pneumatique entièrement gonflable ont tous été étudiés pour déterminer comment ils pourraient fournir une enceinte adéquate à des milliers de Googlers. La conception finale est un hybride de typologies à longue portée, combinant des formes de compression et de traction.
Une nouvelle forme d'espace de travail
Pour déterminer la nature et la forme de la structure, les architectes sont partis des besoins d'un Googler, de la manière dont il collabore, de la nature des équipes et de leur propension à la croissance. L'équipe chargée de la conception a mené un vaste processus de retour d'information et de sensibilisation auprès de Google, rencontrant des personnes de tous les services, des employés chargés de la sécurité des données aux programmeurs.
Selon M. Smith, "Google met à la disposition de ses employés un grand nombre d'équipements et d'atouts", tels que des centres de remise en forme, des salles de massage, des cabinets médicaux, des cafés et des cafés-restaurants. "Ils sont très appréciés et font de Google un lieu de travail incroyable. Mais ce que nous ont dit les programmeurs, c'est que ce bourdonnement d'activité sur le lieu de travail peut aussi être une source de distraction. Les gens vont et viennent constamment et les espaces peuvent devenir bruyants". Cette constatation a conduit BIG à envisager un aménagement sur deux étages, où les bureaux sont situés au-dessus d'espaces communs comprenant des salles de conférence et des équipements. Smith décrit le deuxième étage comme une "cathédrale de la concentration".
Les structures se rétrécissent jusqu'à un sommet, de sorte qu'elles sont hautes au centre, mais peu imposantes sur les bords, là où l'on entre. "L'échelle du volume intérieur et la nature répétitive de la structure évoquent un sens du sublime", explique M. Smith. La conception permet de créer un sentiment de communauté parmi les milliers de Googlers, tandis que l'architecture intérieure a été conçue pour préserver l'intimité et favoriser la collaboration entre des groupes de personnes plus restreints. Pour améliorer la flexibilité future du campus, la structure intérieure est complètement détachée de l'auvent. Elle peut être enlevée ou remplacée en fonction de l'évolution des besoins.
"D'un point de vue urbanistique, nous voulions que les bâtiments soient élégants et légers, bien qu'ils soient massifs", explique M. Smith. De l'extérieur, le campus se présente comme une série d'auvents bas qui touchent doucement le sol aux quatre coins.
Un toit qui régule la température et l'acoustique
La géométrie de la toiture répond aux besoins de confort thermique et acoustique. Comme dans d'autres grandes structures, telles que les terminaux d'aéroports, le volume intérieur est suffisamment étendu pour stratifier la chaleur et donc produire passivement une ventilation par déplacement. Les débords de la canopée projettent des ombres sur les façades vitrées, tandis qu'un système d'ombrage automatisé apporte un confort supplémentaire et une protection contre l'éblouissement. Un vaste système géothermique installé dans des pieux structurels - la plus grande installation de ce type en Amérique du Nord - permet au bâtiment d'offrir un confort thermique tout au long de l'année. L'équipe de conception estime que cela permet de réduire les émissions de carbone de 50 % et l'eau utilisée pour le refroidissement de 90 %.
La géométrie intérieure convexe des baies contribue à l'acoustique en réfléchissant les sons dans diverses directions autour des espaces plutôt qu'en les concentrant, évitant ainsi les conditions d'écho que l'on peut rencontrer dans un espace en forme de dôme ou de voûte. Les parties inférieures de l'auvent sont construites avec du métal perforé contenant des panneaux d'absorption acoustique. Au deuxième étage, de la moquette et des cloisons flexibles sont utilisées pour améliorer l'intimité et l'acoustique locale.
Drainage et entretien
Les auvents ont été conçus pour maximiser la collecte des eaux de pluie. Chaque travée a un point haut et un point bas, situés aux angles, qui permettent un drainage positif sans l'utilisation de pompes. Les descentes d'eau sont logées dans les colonnes et sur le périmètre de l'auvent, et l'eau de pluie est recueillie dans une série de bassins de surface. L'eau est traitée sur place, combinée à des eaux usées traitées et réutilisée pour répondre à toutes les demandes non potables du campus.
Des passerelles et des portes le long et à l'intérieur des claires-voies sont accessibles depuis les colonnes de la canopée pour l'entretien des toits. Des passerelles d'entretien supplémentaires et des points d'ancrage garantissent un accès sûr le long du périmètre des baies inclinées. Les panneaux photovoltaïques surmontés de verre supportent le poids humain et peuvent être piétinés directement.
Détails de la toiture
"Notre objectif principal pour le toit était de créer une structure belle et légère qui concilie la nécessité de produire de l'énergie et le désir de lumière naturelle", explique M. Smith. Les auvents largement opaques maximisent la surface pour récolter l'énergie solaire, tandis que les fenêtres à claire-voie invitent à une lumière naturelle indirecte qui permet de voir le ciel tout en limitant l'éblouissement sur les écrans d'ordinateur.
Les baies de traction carrées s'étendent sur 37 mètres et sont soutenues par des colonnes cruciformes élancées qui transfèrent les charges et abritent les conduits électriques desservant les panneaux photovoltaïques et les tuyaux d'eau de pluie qui descendent de la canopée jusqu'au sol.
Chaque travée est constituée d'une grille de tubes d'acier qui sont assemblés par des fermes Vierendeel sur tous les côtés, fonctionnant comme une sorte de filet structurel. Un platelage en acier perforé avec absorption acoustique entre les cannelures est installé au-dessus, surmonté d'une couche d'imperméabilisation et d'un joint debout métallique pour le drainage.
Unistrut est fixé aux joints métalliques et sert de système de rails pour le système photovoltaïque des bardeaux solaires. Ce détail permet de différencier le sens du joint debout et l'orientation des bardeaux, ce qui contribue à l'obtention de la texture "en écailles de dragon". Les margelles en acier inoxydable forment des arêtes visuellement nettes à chaque travée de l'auvent.
Propriétés du photovoltaïque
Les panneaux photovoltaïques, malgré tous leurs avantages, sont le plus souvent des ajouts inesthétiques aux projets architecturaux. Mais le produit utilisé pour le campus de Google Bay View a une forme, une texture et une couleur uniques, raffinées et bien intégrées, comme les écailles d'un poisson qui semblent changer en fonction de l'orientation, ce qui rend la surface méconnaissable en tant que système photovoltaïque.
50 000 panneaux photovoltaïques de 3 x 3 pieds (1 x 1 mètre) ont été produits pour le projet par l'entreprise suisse SunStyle. Le terme "shingle" est approprié car le produit est utilisé comme revêtement et peut prendre la forme de surfaces planes ou courbes. Selon SunStyle, la forme du produit a été inspirée par les toits en ardoise de la région alpine suisse.
Les bardeaux sont des panneaux composites constitués de cellules photovoltaïques laminées surmontées d'une couche de verre trempé et texturé prismatique qui présente de multiples avantages : il réduit l'éblouissement sur le toit, fournit une finition complexe qui masque la couleur et l'apparence des cellules, et aide également à récupérer une partie des photons qui seraient autrement réfléchis par les cellules.
Selon les spécifications du produit SunStyle, le panneau est un type de cellule solaire monocristalline, ce qui signifie qu'il utilise des morceaux de silicone comme semi-conducteur, contrairement aux cellules polycristallines qui sont moins efficaces. Les panneaux SunStyle sont de type PERC (Passivated Emitter and Rear Contact) et comportent une couche de silicium supplémentaire qui réfléchit une partie des rayons du soleil dans la cellule, ce qui leur permet de produire plus d'énergie que les panneaux solaires conventionnels.
Chaque bardeau a une puissance nominale de 110 wp (watt crête) et un rendement de 17 %. Le système est une solution de toiture brevetée qui est étanche à l'eau grâce à son application par chevauchement, durable et garantie pour 25 ans. Le produit est fabriqué avec du verre lisse ou texturé et un revêtement de couleur en option.
Adamson Associates (Architect of Record)
Thornton Tomasetti (Structural Engineer)
Integral Group (MEP Engineer)
Arup (Civil, Acoustics)
Sherwood (Water consultant)
