À travers sa stratégie de recherche scientifique en Antarctique et son plan d’action sur 20 ans, le gouvernement australien a pris position en faveur d’une nouvelle ère d’engagement dans la région et fournira donc des installations durables d’envergure internationale pour guider vers l’avenir les activités australiennes en Antarctique. WSP et Hugh Broughton Architects, des experts de la conception en Antarctique, ont été mandatés par l’Australian Antarctic Division (AAD) afin de développer un plan directeur préliminaire pour moderniser les infrastructures de la station de recherche Davis, située en Antarctique oriental. Le gouvernement australien souhaite construire une station durable et résiliente suffisamment flexible pour soutenir les futures innovations scientifiques et les technologies émergentes. La conception holistique, le développement de concepts et la mobilisation par l’intermédiaire de l’établissement du plan directeur constituent les premières étapes vers l’atteinte des objectifs australiens en Antarctique.
Défis du client
Le processus d’établissement du plan directeur pour la station Davis devait prendre en considération un éventail d’options, notamment la possibilité d’avoir accès au service aérien toute l’année, et le développement d’une approche par étapes pour moderniser la station. Il était en outre primordial que l’établissement du plan directeur soit réalisé en parallèle des enquêtes de l’AAD quant à la possibilité d’accéder toute l’année à un service aérien et à une piste pour la station Davis. Cela signifie que la conception prise en compte dans le plan directeur préliminaire devait garantir la complémentarité entre chaque étape, afin de maximiser l’efficacité opérationnelle et de minimiser les perturbations. Le plan directeur devait également prendre en considération la façon de réduire l’empreinte écologique à travers la mise en place d’infrastructures novatrices, résistantes, durables et interconnectées. Il devait désigner les concepts émergents pouvant soutenir le bien-être physique et physiologique des membres des expéditions, tout en mettant à leur disposition une excellente plateforme destinée à la réalisation d’un vaste éventail de recherches et capable de faire progresser la recherche en Antarctique et d’ouvrir de nouvelles voies d’études pour les générations futures.
L’équipe de projet a été en mesure de surmonter les défis et contraintes techniques uniques suivants:
- Adopter une approche par étapes pour l’établissement du plan directeur en vue de soutenir de manière simultanée les besoins en infrastructures à court, moyen et long termes.
- Ouvrir la voie dans la création de solutions de conception interconnectées pouvant être adoptées par plusieurs stations australiennes en Antarctique.
- Attribuer une importance élevée à la logistique et à la planification.
- Intégrer dans le développement des infrastructures une architecture modulaire afin de créer des solutions novatrices.
- Prendre en compte les conditions météorologiques extrêmes et changeantes dans la conception et la gestion des opérations futures.
- Valoriser le bien-être, la santé et la sécurité ainsi que le sentiment d’appartenance à la communauté au sein des stations de recherche.
- Intensifier la coopération avec les principaux intervenants dans un contexte de restrictions sanitaires relatives à la pandémie de COVID-19.
Notre solution
WSP a adopté une approche collaborative dans le cadre de ce projet, en travaillant main dans la main avec une firme d’architectes spécialisée dans la conception d’infrastructures en Antarctique, Hugh Broughton Architects, ainsi qu’avec les spécialistes en la matière de l’AAD, et ce, afin d’entamer l’établissement d’un plan stratégique directeur par étapes pour la station Davis. Il s’est révélé primordial, pour les différentes phases d’établissement du plan directeur, d’élaborer une vision claire des objectifs, principes et stratégies ayant orienté au départ la création de la station Davis. Grâce à cette approche globale, l’équipe a pu progresser avec assurance dans une conception technique et conceptuelle plus approfondie et détaillée (stratégies et principes de conception; étude de définition; notes d’orientation sur la conception; conceptions de référence; exigences fonctionnelles). Toute étude de définition devait appuyer les réflexions de l’AAD sur l’accès au service aérien et au service d’expédition, et veiller à ce que chaque modernisation apportée à la station ait une durée de vie de 50 ans.
Le plan directeur de la station Davis comprenait des concepts pour des lieux d’habitation et d’hébergement, un bâtiment pour les opérations et l’administration ainsi qu’un bâtiment destiné aux sciences et à la technologie, incluant un observatoire à 360 degrés et un espace dédié à la science. Des options pour un garage ainsi que des installations de chantier, des espaces dédiés aux services, des espaces de stockage et des installations pour les hélicoptères ont également été prises en considération. Les premiers éléments de conception comprennent une série de constructions modulaires aérodynamiques et aériennes, dont des ponts, pouvant être facilement entretenues et permettant ainsi une certaine flexibilité afin de modifier l’usage des installations et de faciliter l’expansion.
L’utilisation de technologies nouvelles et émergentes constituait un point essentiel de la conception, notamment pour la création d’infrastructures durables et efficaces. De plus, le plan directeur préliminaire prenait en compte la façon de réduire la consommation d’eau ainsi que d’améliorer l’efficacité énergétique et la gestion de la production de déchets, tout en minimisant les impacts de la station sur l’environnement et les charges opérationnelles.
Les offres de services ont été élaborées en guise de conception de référence afin d’appliquer au mieux les techniques novatrices de préfabrication et de modularisation et ainsi accélérer le processus de construction. La conception était axée sur le respect des délais d’exécution, l’efficacité énergétique, le développement durable, la protection de l’environnement ainsi que la santé et la sécurité.
Le fait de pouvoir recourir aux connaissances spécialisées des membres de l’équipe sur le travail dans des lieux isolés et dans des conditions météorologiques extrêmement froides s’est révélé précieux. Le cadre de l’approche « Conçu pour l’avenir » de WSP constituait une base idéale pour l’élaboration de solutions de planification ayant une durée de vie de 50 ans, exigées pour ce projet, dans des conditions uniques et extrêmes. En outre, des solutions de conception novatrices, mais également flexibles étaient requises pour s’assurer que les méthodes de recherche scientifique futures puissent être utilisées et que les services publics puissent supporter l’usage accru de la robotique et de l’automatisation, les techniques de production énergétique émergentes et les inévitables développements technologiques encore inconnus à ce jour. Il était vital de garder à l’esprit, dans le cadre de la planification, le bien-être des membres des expéditions, qui vivent et travaillent au quotidien dans des conditions extrêmement rudes. Les effets des risques pour la sûreté biologique, tels que la COVID-19, ont ajouté un niveau de difficulté supplémentaire à l’élaboration du plan directeur.
L’AAD prendra en considération l’analyse détaillée et la feuille de route élaborées par l’intermédiaire du plan directeur de la station Davis, afin de déterminer les options potentielles de développement du programme australien dans tout l’Antarctique.
Retombées positives
L’approche collaborative à l’égard du projet implique que le client aura la possibilité d’adapter et de modifier l’ordre de priorité des livrables afin de soutenir les enquêtes parallèles relatives à l’accès au service aérien tout au long de l’année pour la station Davis. En utilisant le plan directeur de la station Davis comme approche exemplaire pour la modernisation des stations de recherche en Antarctique, l’AAD pourra s’assurer que les solutions élaborées jusqu’ici prennent en compte l’interconnectivité avec les autres stations, afin de garantir une planification et une conception efficaces, durables et rentables. Tout plan directeur ultérieur établi en Antarctique pourra compter sur une excellente base en matière de conception.
DÉVELOPPEMENT DURABLE
Le développement durable est essentiel à la mission de l’AAD en Antarctique. C’est dans ce contexte que les principes et les approches en matière de développement durable ont été intégrés dans le plan directeur et les approches techniques établies par les équipes de WSP et de Hugh Broughton Architects (HBA). Pour reconnaitre et comprendre les caractéristiques climatiques et logistiques, ainsi que les caractéristiques d’utilisation singulières de la station Davis, WSP se doit de mettre l’accent sur une approche tenant compte de la durée du cycle de vie dans le cadre de la prise des décisions qui soutiennent les objectifs de développement durable. Cela signifie non seulement de prendre en compte l’efficacité énergétique et les énergies renouvelables comme l’énergie éolienne et solaire photovoltaïque, mais également, par exemple, la longévité et la durabilité des matériaux; les effets de l’architecture des bâtiments sur le passage des véhicules de déneigement; les effets anticipés sur l’expédition et les exigences en matière de manutention des matériaux. WSP a mis en œuvre des stratégies en accord avec une durabilité circulaire, qui appuyaient le déploiement de méthodes de traitement des déchets organiques et de recyclage de l’eau, et ce, afin de réduire la consommation d’énergie dans le cadre de la production d’eau et de limiter les effets des déchets et des eaux usées sur l’environnement. Ainsi, chaque extrant d’un processus a été analysé et pris en compte comme un intrant potentiel des autres processus.
L’approche intégrée de la conception utilisée par l’équipe de WSP et HBA tenait compte de l’empreinte carbone globale de chaque aspect du plan directeur et soutenait une transition vers une station Davis à faibles émissions de carbone tirant profit des meilleures approches et technologies accessibles en matière de conception. Tout cela a été réalisé en gardant à l’esprit les défis présentés par le climat et l’environnement et en veillant à ce que la sécurité et la résistance demeurent au cœur de nos priorités pour la station Davis. Voilà pourquoi la conception des installations était axée sur la découverte du degré adéquat d’isolation, l’utilisation judicieuse du vitrage pour offrir une vue optimale et assurer la pénétration de la lumière du jour, l’étanchéité des bâtiments et la bonne gestion de l’humidité dans les enveloppes de la station ainsi que l’ajout de systèmes efficaces de chauffage central à eau chaude. En outre, pour concevoir la station, on a tiré profit des mécanismes de récupération de la chaleur et cherché à mettre à contribution les énergies renouvelables. Les stratégies en faveur du potentiel d’électrification de la station ont été prises en compte pour réduire l’éventuelle dépendance future aux énergies fossiles et la transition vers l’utilisation d’énergies renouvelables.
CONÇU POUR L’AVENIRMC
WSP a animé plusieurs ateliers avec des intervenants internes pour comprendre les éléments clés en matière de changement pouvant avoir une influence sur la viabilité des concepts et des hypothèses de conception du plan directeur. En appliquant l’approche Conçu pour l’avenir (consulter la photographie ci-dessous), les ateliers ont permis de relever des préoccupations clés comme les attentes élevées en matière de numérisation, la transition vers les principes de l’économie circulaire et une approche davantage axée sur l’influence de l’environnement bâti sur la santé et le bien-être. Des mesures pratiques permettant de faire face aux risques émergents et d’accéder aux innovations ont été définies dans le plan directeur et les étapes de conception subséquentes, en vue d’être prises en compte.
MOBILISATION
Les ateliers ont été réalisés pour soutenir le processus d’établissement du plan directeur au fil de sa progression.
De plus, un processus exhaustif de mobilisation des parties prenantes fait partie intégrante du plan directeur. Étant donné les défis, les difficultés et le caractère sensible associés à la planification d’infrastructures durables à long terme dans des conditions extrêmes et dans un environnement isolé pour la vie quotidienne et le travail, il était primordial de rassembler des informations et des commentaires venant d’une variété de sources, notamment de personnes ayant l’expérience du terrain.
La stratégie de mobilisation suivie par l’AAD et l’équipe de projet était axée sur une approche coopérative ciblée et par étapes. Il était important de faire le lien avec les mécanismes de communication existants de l’AAD pour communiquer de manière efficace avec le personnel de ce dernier, les spécialistes et les partenaires, le tout dans un contexte de pandémie de COVID-19 et dans le respect des restrictions connexes.
Les séances de mobilisation à distance avec l’AAD et ses proches partenaires ont été réalisées après une série de discussions enrichissantes et structurées sur différents champs de travail. Les séances ont été animées et minutieusement planifiées par l’équipe de projet dont les membres étaient situés à Wellington, Christchurch, London, Hobart, Melbourne et Sydney. Le personnel de l’AAD et de ses partenaires, situé aussi bien à Hobart et qu’en Antarctique, a pu y assister.
Les résultats positifs en fait de mobilisation observés à la suite des ateliers se sont révélés précieux en termes de façonnement de la vision, des objectifs, des principes et de la conception, tout au long du processus d’établissement du plan directeur.
Pour informer au mieux les intervenants lors du processus de mobilisation, un survol animé et numérique des installations prévues dans le plan directeur ainsi que des infrastructures du site a été réalisé par HBA et WSP. Cette animation faisait appel aux données du nuage de points et aux nouveaux modèles numériques. Pour renforcer encore davantage la mobilisation de la communauté, une brochure résumant le plan futur de la station Davis a été créée par WSP et HBA, et publiée à grande échelle sur le site Internet de l’AAD.
INGÉNIERIE EN RÉGIONS FROIDES
La station Davis étant située dans une région présentant des conditions de froid extrême, les facteurs et influences techniques ont été pris en compte en amont lors de l’établissement du plan directeur. Ces facteurs comprennent notamment la géologie, les structures, les matériaux, la logistique, la construction, l’entretien et la durée de vie théorique. Par exemple, la construction de fondations a représenté un défi majeur lors de la conception, notamment à cause du niveau élevé de salinité, qui a des répercussions sur les températures de gel du pergélisol et de la couche active. Par conséquent, plusieurs options ont été étudiées par WSP, y compris la pose de pieux forés au moyen d’une technique créée à la base antarctique Scott, ainsi que des thermosiphons utilisés en Arctique.
De plus, la logistique, dont le transport et la très brève période propice à la construction, soit les quatre mois entre novembre et février où les heures de clarté sont suffisantes et où il ne fait pas trop froid, a également été prise en compte très tôt lors de la planification. La vitesse et la facilité de construction sur le site sont primordiales. Ainsi, l’expédition de structures modulaires préassemblées et préfabriquées de la Tasmanie à l’Antarctique a été envisagée. À cause de la glace, il est impossible de naviguer sur la mer jusqu’en janvier (fin de l’été). Voilà pourquoi la période, le transport et l’entreposage des matériaux en hiver ont également été pris en compte dans la planification et la conception. De plus, l’atmosphère de la région est extrêmement sèche, ce qui a une incidence sur le choix des matériaux. Plus particulièrement, le retrait du bois est un phénomène important, et par conséquent, des options visant l’utilisation du bois acétylé ont également été incluses dans la planification.
Considérations à l’égard de la conception des bâtiments
Dans le cadre du plan directeur, les bâtiments ont été dispersés un peu partout sur le site pour réduire l’accumulation de bancs de neige et s’assurer que le déneigement soit le plus sécuritaire et efficace possible. Les bâtiments ont aussi été orientés en fonction du vent dominant. Le vitrage et les portes ont été placés le long des élévations, afin d’éviter qu’ils ne soient érodés par les embruns (fines particules de glace) ou encore par la poussière soulevée par le vent et les grosses particules (en été). Lorsque possible, les bâtiments ont été surélevés à une hauteur de 1,6 m au-dessus du sol, afin que leur dessous soit accessible et d’ainsi permettre au vent d’évacuer la neige. Cette élévation n’était pas systématiquement possible, notamment pour les bâtiments auxquels des véhicules doivent accéder régulièrement. Dans ces cas particuliers, un soubassement et des bollards en béton préfabriqué, placés à l’entrée des véhicules, ont été ajoutés pour réduire le risque de dommage par les équipements de déneigement. Les effets de l’emplacement et de l’élévation des bâtiments au-dessus du sol ont été évalués par une série de consultants spécialisés en gestion de la neige et de la glace travaillant pour RWDI, entreprise située à Guelph, au Canada.
Notre équipe a créé un plan d’exécution reposant sur la modélisation des données du bâtiment (BIM) au profit du plan directeur de la station Davis. Non seulement ce plan servira dans le cadre du plan directeur de la station Davis, mais il sera également régulièrement utilisé par l’AAD pour répondre aux exigences d’autres stations et infrastructures en Antarctique et en assurer la planification.
Services de modélisation et de données, et services numériques
Dès le départ, WSP et HBA ont dressé les grandes lignes de l’approche définissant la stratégie numérique en lien avec la station Davis. Cette étape était importante, car elle a permis de dresser les références numériques requises tout au long du projet actuel et des projets ultérieurs de l’AAD. Durant l’établissement du plan directeur, l’équipe a géré la modélisation numérique dans un environnement de données communes sécurisé, afin que toutes les informations y étant hébergées soient accessibles dans une plateforme unique. Il s’agit d’un critère important exigé par les entreprises publiques. De plus, un modèle de levé complet a été conçu pour la station Davis et les crêtes adjacentes, et pourra être utilisé par l’AAD à la fois pour ce projet ainsi que pour ses projets ultérieurs.
