Les dômes construits aux XIXe et XXe siècles ont bénéficié de techniques plus efficaces de production de fer et d’acier ainsi que de progrès dans l’analyse structurelle.

Les dômes à charpente métallique du XIXe siècle imitaient souvent des modèles de dômes de maçonnerie dans divers styles, notamment dans l’architecture des églises, mais servaient aussi à créer des dômes de verre sur les galeries marchandes et les serres, les dômes sur les hangars et les dômes. que tous les autres dans le monde. La variété des bâtiments en dôme, tels que les bâtiments des parlements et des capitales, les gazomètres, les observatoires, les bibliothèques et les églises, a été rendue possible par l’utilisation de nervures en béton armé, de papier mâché léger et de charpentes triangulées.

Au 20ème siècle, les dômes de planétarium ont incité Walther Bauersfeld à inventer à la fois des coquilles minces en béton armé et des dômes géodésiques. L’utilisation de l’acier, des ordinateurs et de l’analyse par éléments finis a permis d’atteindre de plus grandes envergures. La structure de membrane de tension est devenue populaire pour les stades de sports en forme de dôme, qui ont également innové avec les toits rigides rétractables de dôme.

XIXe siècle

Le fer
De nouvelles techniques de production ont permis de produire de la fonte et du fer forgé à la fois en plus grande quantité et à des prix relativement bas pendant la révolution industrielle. Le fer était utilisé à la place du bois où la résistance au feu était une priorité. En Russie, où l’on trouve d’importantes réserves de fer, on peut trouver quelques-uns des premiers exemples de l’utilisation architecturale du matériau. Andrey Voronikhin a construit un grand dôme en fer forgé sur la cathédrale de Kazan à Saint-Pétersbourg. Construit entre 1806 et 1811, le dôme extérieur de 17,7 mètres de large de la cathédrale était l’un des premiers dômes de fer.

Bien que la production de fer en France traîne derrière la Grande-Bretagne, le gouvernement était désireux de favoriser le développement de son industrie nationale du fer. En 1808, le gouvernement de Napoléon approuve un projet de remplacement du dôme en bois brûlé du grenier de la Halle au Blé à Paris par un dôme de fer et de verre, «premier exemple de métal avec verre dans un dôme». Le dôme mesurait 37 mètres de diamètre et utilisait 51 nervures en fonte pour converger vers un anneau de compression en fer forgé de 11 mètres de large contenant un puits de lumière en verre et en fer forgé. La surface extérieure du dôme était recouverte de cuivre, avec des fenêtres supplémentaires coupées près de la base du dôme pour admettre plus de lumière lors d’une modification de 1838. Les dômes en fonte étaient particulièrement populaires en France.

Un des premiers exemples de la Grande-Bretagne est le dôme de fer forgé sur le bâtiment central du Royal Pavilion à Brighton, commencé en 1815 par John Nash, l’architecte personnel du roi George IV.

En 1828, la tour de la Croix de l’Est de la cathédrale de Mayence a été reconstruite par Georg Moller avec un dôme en fer forgé. Le dôme était fait de sections de fer plat et renforcé avec des liens qui passaient à l’intérieur du dôme. Un tel renfort de dôme était l’une des deux techniques établies, l’autre étant l’utilisation d’une combinaison d’anneaux horizontaux et de nervures verticales. Il a été retiré plus tard en faveur de la structure actuelle.

La cathédrale Saint-Isaac, à Saint-Pétersbourg, a été construite en 1842 avec l’un des plus grands dômes d’Europe. Un dôme en fonte de près de 26 mètres de large, il avait un design triple coque techniquement avancé avec des fermes de fer qui rappelle la cathédrale Saint-Paul à Londres. Rappelant également le dôme de Saint Paul et celui du Panthéon à Paris, tous deux visités par le designer d’origine, le dôme de l’église Saint-Nicolas de Potsdam fut ajouté à l’édifice de 1843 à 1949. Un dôme a été inclus comme une possibilité dans la conception néoclassique tardive originale de 1830, mais comme une construction en bois. Le fer a été utilisé à la place par les architectes plus tard.

Bataille des Styles
Le style néoclassique populaire à cette époque a été contesté au milieu du XIXe siècle par un renouveau gothique en architecture, dans ce qu’on a appelé la «Bataille des Styles». Cela a duré d’environ 1840 au début du XXe siècle, avec divers styles au sein du classicisme, tels que la Renaissance, le Baroque, et les réveils rococo, également en lice pour la popularité. Les trois dernières décennies de cette période incluaient des combinaisons inhabituelles de ces styles.

La bibliothèque du British Museum a construit une nouvelle salle de lecture dans la cour de son musée entre 1854 et 1857. La salle ronde, d’environ 42,6 mètres de diamètre et inspirée du Panthéon, était surmontée d’un dôme avec une couronne de fenêtres à la base et un oculus au sommet. Encadrement de fer caché soutenu un plafond suspendu en papier mâché. Un dôme en fonte a été construit entre 1860 et 1867 au-dessus de la salle de lecture de la Bibliothèque nationale à Paris. Inspiré par la prestigieuse salle de lecture du British Museum, le premier dôme de fer au Canada a été construit au début des années 1870 au-dessus de la salle de lecture de l’édifice de la Bibliothèque du Parlement à Ottawa. Contrairement à la salle du British Museum, la bibliothèque, inaugurée en 1876, utilise le style gothique. Le dôme de l’édifice Thomas Jefferson de la Bibliothèque du Congrès, également inspiré du dôme de la salle de lecture du British Museum, a été construit entre 1889 et 1897 dans un style classique. Il mesure 100 pieds de large et s’élève à 195 pieds au-dessus du sol sur huit piles. Le dôme a un profil externe relativement faible pour éviter d’éclipser le dôme du Capitole des États-Unis.

Le dôme actuel sur le Capitole des États-Unis, bien que peint en blanc et couronnant un bâtiment en maçonnerie, est également en fonte. Le dôme a été construit entre 1855 et 1866, remplaçant un dôme en bois inférieur avec une toiture en cuivre de 1824. Il a un diamètre de 30 mètres. Il a été achevé seulement deux ans après l’ancien palais de justice du comté de St. Louis, qui a fait construire le premier dôme en fonte aux États-Unis. La conception initiale du dôme du Capitole a été influencée par un certain nombre de dômes d’églises européennes, en particulier Saint Paul à Londres, Saint Pierre à Rome, le Panthéon à Paris, Les Invalides à Paris et la cathédrale Saint-Isaac à Saint-Pétersbourg. L’architecte, Thomas U. Walter, a conçu un intérieur à double dôme basé sur celui du Panthéon à Paris. La construction de dômes pour les bâtiments du capitole et les palais de justice aux États-Unis a prospéré entre la guerre de Sécession et la Première Guerre mondiale. De nombreux dômes ont été construits à la fin du XIXe ou au début du XXe siècle dans le style Renaissance américaine. les rotondes ouvertes au public en tant qu’espaces commémoratifs. Les exemples incluent l’Indiana State House, le Texas State Capitol et le Wisconsin State Capitol.

Le dôme au-dessus de la Basilique de San Gaudenzio (commencé en 1577) à Novara, Italie, a été construit entre 1844 et 1880. Les révisions par l’architecte pendant la construction ont transformé ce qui était initialement un tambour, un dôme hémisphérique et une lanterne de 42,22 mètres. une structure avec deux tambours superposés, un dôme ogival et une flèche de trente mètres atteignant 117,5 mètres. L’architecte, Alessandro Antonelli, qui a également construit la Mole Antonelliana à Turin, en Italie, a combiné les formes néoclassiques avec l’accent vertical du style gothique.

Le Palais du Reichstag, construit entre 1883 et 1893 pour abriter le Parlement du nouvel Empire allemand, comprenait un dôme en fer et en verre dans le cadre de son mélange inhabituel d’éléments de la Renaissance et du Baroque. Controversée, la coupole de 74 mètres de haut s’élevait à sept mètres de plus que le dôme du palais impérial de la ville, attirant les critiques du Kaiser Wilhelm II.

Le bâtiment du parlement hongrois a été construit dans le style gothique, bien que la plupart des entrées du concours de design de 1882 aient utilisé la néo-renaissance et comprennent une salle centrale en dôme. Le grand dôme nervuré en forme d’œuf surmonté d’une flèche a été influencé par le dôme de l’église Maria vom Siege de Vienne. Il a une coquille extérieure de seize côtés avec un squelette de fer qui s’élève 96 mètres de haut, et une voûte d’étoile de coquille intérieure soutenue sur seize piliers en pierre. La salle du dôme est utilisée pour afficher la couronne de couronnement de la Hongrie et la statuaire des monarques et des hommes d’État. Le dôme était structurellement achevé à la fin de 1895.

D’autres développements
L’historicisme du 19ème siècle a conduit à de nombreux dômes étant des re-traductions des grands dômes du passé, plutôt que d’autres développements stylistiques, en particulier dans l’architecture sacrée. Si l’on exclut les dômes qui imitent simplement la maçonnerie à plusieurs coques, le développement principal du siècle en forme de dôme simple peut être des dômes à cadre métallique comme le dôme elliptique du Royal Albert Hall de Londres (57 à 67 mètres de diamètre) et le dôme circulaire de Halle au Blé à Paris.

La pratique de la construction de dômes rotatifs pour le logement de grands télescopes a été commencée au 19ème siècle, avec les premiers exemples en utilisant du papier mâché pour minimiser le poids.

Des dômes de verre uniques jaillissant directement du sol ont été utilisés pour les serres et les jardins d’hiver, comme la serre de Kew (1844-1848) et le jardin d’hiver de Laeken près de Bruxelles (1875-1876). Des galeries marchandes couvertes, telles que la Galleria Vittorio Emanuele II à Milan et la Galleria Umberto I à Naples, comprenaient de grands dômes vitrés à leurs croisements.

Le plus grand dôme du monde a été construit en 1881-1882 sur la cour circulaire du Devonshire Royal Hospital en Angleterre avec un diamètre de 156 pieds. Les grands dômes du XIXe siècle comprenaient également des bâtiments d’exposition et des structures fonctionnelles telles que des gazomètres et des hangars pour locomotives. Le «premier dôme à cadre entièrement triangulé» a été construit à Berlin en 1863 par Johann Wilhelm Schwedler dans un gazomètre pour l’Imperial Continental Gas Association et, au début du XXe siècle, des dômes à cadre triangulé similaires étaient devenus courants. Vladimir Choukhov fut aussi un des premiers pionniers de ce qu’on appellerait plus tard les structures à grille et, en 1897, il les employa dans des pavillons d’exposition en forme de dôme à l’exposition industrielle et artistique de toute la Russie.

Bien que les dômes réalisés entièrement en béton armé n’aient pas été construits avant 1900, l’église de Saint-Jean-de-Montmartre a été conçue par Anatole de Baudot avec un petit dôme en brique avec des nervures en béton armé.

Selon Irene Giustina, la construction en dôme a été l’un des problèmes architecturaux les plus difficiles jusqu’à la fin du XIXe siècle au moins, en raison d’un manque de connaissances sur la statique.

XXe siècle
Carreau Guastavino
À la fin du XIXe siècle et au début du XXe siècle, la famille Guastavino, une équipe de père et de fils qui travaillait sur la côte Est des États-Unis, a développé le dôme de maçonnerie. Ils ont mis au point une technique traditionnelle espagnole et italienne pour la voûte légère et sans centre en utilisant des couches de carreaux dans du ciment à prise rapide à plat contre la surface de la courbe, plutôt que perpendiculairement à celle-ci. Le père, Rafael Guastavino, a innové avec l’utilisation du ciment Portland comme mortier, plutôt qu’avec les mortiers traditionnels à base de chaux et de gypse, ce qui a permis d’utiliser une barre en acier doux pour contrer les forces de tension. Son utilisation du développement récent de la statique graphique lui a permis de concevoir et de construire des dômes funiculaires peu coûteux avec une épaisseur minimale et sans échafaudage. Les voûtes avaient généralement une épaisseur de 3 pouces et les travailleurs, debout sur les parties terminées, utilisaient des gabarits, des fils et des ficelles simples pour aligner leur travail.

La famille a construit des voûtes dans des centaines de bâtiments, y compris les dômes de la basilique Saint-Laurent d’Asheville, en Caroline du Nord, et de l’église catholique St. Francis de Sales de Philadelphie, en Pennsylvanie. Le dôme au-dessus de la croix de la cathédrale de Saint John the Divine à New York a été construit par le fils en 1909. Un dôme partiellement sphérique, il mesure 30 mètres de diamètre du haut de ses pendentifs fusionnant, où des tiges d’acier incorporées dans le béton agissent comme un anneau de retenue. Avec une épaisseur moyenne de 1 / 250ème de sa portée, et des tiges d’acier également intégrées dans les pendentifs, le dôme « attend avec impatience la construction de coquille moderne en béton armé. »

Acier et béton
Les dômes construits en acier et en béton ont permis d’obtenir de très grandes portées. L’hôtel West Baden Springs en Indiana a été construit en 1903 avec le plus grand dôme d’envergure du monde à 200 pieds. Sa peau de métal et de verre était soutenue par des fermes d’acier reposant sur des rouleaux métalliques pour permettre l’expansion et la contraction des changements de température. Il a été dépassé en envergure par le Hall Centennial de Max Berg. Le dôme de 1911 de la salle de lecture de la Bibliothèque publique de Melbourne, vraisemblablement inspiré du British Museum, avait un diamètre de 31,5 mètres et était brièvement le dôme de béton armé le plus large du monde jusqu’à l’achèvement du Centennial Hall. Le hall du centenaire a été construit en béton armé à Breslau, en Allemagne (aujourd’hui la Pologne), de 1911 à 1313, pour commémorer le centenaire du soulèvement contre Napoléon. Avec un dôme central de 213 pieds de large entouré par des anneaux étagés de fenêtres verticales, c’était le plus grand bâtiment de son genre dans le monde. Le Methodist Hall de Westminster, Londres, la synagogue d’Augsbourg et le théâtre Orpheum de Bochum sont d’autres exemples de dômes nervurés entièrement en béton armé. Le marché de Leipzig de 1928 par Deschinger et Ritter présentait deux dômes de 82 mètres de large.

La coquille dôme mince a été développée plus loin avec la construction de deux dômes à Iéna, en Allemagne au début des années 1920. Pour construire un dôme de planétarium rigide, Walther Bauersfeld a construit un cadre triangulé de barres d’acier légères et de treillis avec un coffrage en forme de dôme suspendu en dessous. En pulvérisant une mince couche de béton sur le coffrage et le cadre, il a créé un dôme de 16 mètres de large qui n’avait que 30 millimètres d’épaisseur. Le deuxième dôme était encore plus mince à 40 mètres de large et 60 millimètres d’épaisseur. Ceux-ci sont généralement considérés comme les premières coquilles architecturales modernes. Ceux-ci sont également considérés comme les premiers dômes géodésiques. En commençant par un pour le Deutsches Museum de Munich, 15 planétariums de projection en dôme utilisant des obus de béton de 30 mètres de large avaient été construits en Europe en 1930, et le planétarium Adler de Chicago devenait le premier planétarium à ouvrir dans l’hémisphère occidental.

L’ingénieur-architecte espagnol Eduardo Torroja, avec Manuel Sanchez, a conçu la halle du marché d’Algésiras, en Espagne, avec un dôme en béton mince. Construit de 1933 à 1934, le dôme peu profond mesure 48 mètres de largeur sur 9 centimètres d’épaisseur et est soutenu par des points autour de son périmètre. Popularisés par un article de 1955 sur l’œuvre de Félix Candela au Mexique, les obus architecturaux ont connu leur apogée dans les années 1950 et 1960, atteignant un pic de popularité peu avant l’adoption généralisée des ordinateurs et la méthode des éléments finis de l’analyse structurelle. Parmi les exemples notables de dômes, citons l’Auditorium Kresge du MIT, qui a une coque sphérique de 49 mètres de large et 89 millimètres d’épaisseur, et le Palazzetto dello Sport, avec un dôme de 59 mètres de large conçu par Pier Luigi Nervi. Les premiers exemples utilisaient une poutre de bordure relativement épaisse pour stabiliser les bords exposés. D’autres techniques de stabilisation consistent à ajouter une courbure à ces bords pour les rigidifier ou augmenter l’épaisseur de la coque elle-même sur les bords et près des supports.

Dômes géodésiques
Structurellement, les dômes géodésiques sont également considérés comme des coquilles lorsque les charges sont supportées par les polygones de surface, comme dans le Kaiser Dome, mais sont considérées comme des structures de grille spatiales lorsque les charges sont supportées par des éléments point à point. Bien que les premiers exemples aient été construits 25 ans plus tôt par Walther Bauersfeld, le terme « dômes géodésiques » a été inventé par Buckminster Fuller, qui a reçu un brevet en 1954. Les dômes géodésiques ont été utilisés pour les enceintes radar, les serres, les logements et les stations météorologiques .

Les premiers exemples aux États-Unis comprennent un dôme de 53 pieds de large pour la Ford Rotunda en 1953 et un dôme de 384 pieds de diamètre pour l’installation de Baton Rouge de l’Union Tank Car Company en 1958, la plus grande structure à portée libre de la monde à ce moment-là. Le pavillon des États-Unis à Expo 67, à Montréal (Québec, Canada), était entouré d’un dôme de 76,5 mètres de large et de 60 mètres de haut, fait de tuyaux d’acier et de panneaux d’acrylique. Il est utilisé aujourd’hui comme un centre de surveillance de l’eau. D’autres exemples incluent la station Amundsen-Scott South Pole, qui a été utilisée de 1975 à 2003, et l’Eden Project au Royaume-Uni, construit en 2000.

Tension et membranes
Les dômes de tenségrité, brevetés par Buckminster Fuller en 1962 à partir d’un concept de Kenneth Snelson, sont des structures membranaires constituées de fermes radiales faites de câbles d’acier tendus avec des tuyaux d’acier verticaux qui échangent les câbles dans la structure en treillis. Ils ont été faits circulaires, elliptiques, et d’autres formes pour couvrir les stades de la Corée à la Floride. Alors que les premiers dômes à membrane soutenus par l’air étaient les dômes radar conçus et construits par Walter Bird après la Seconde Guerre mondiale, la membrane temporaire conçue par David Geiger pour couvrir le pavillon des États-Unis à Expo 70 fut une construction historique. La solution de Geiger à une réduction de 90% du budget pour le projet du pavillon était un «toit à profil bas et à support pneumatique, utilisant un anneau de compression du périmètre superelliptique». Son coût très faible a conduit au développement de versions permanentes utilisant de la fibre de verre revêtue de téflon et dans 15 ans, la majorité des stades en forme de dôme du monde entier ont utilisé ce système, y compris le Silverdome à Pontiac, Michigan. Les câbles de retenue de tels dômes sont posés en diagonale pour éviter que le périmètre affaissé ne se produise avec une grille standard.

La conception de la membrane de tension a dépendu des ordinateurs, et la disponibilité croissante d’ordinateurs puissants a entraîné de nombreux développements au cours des trois dernières décennies du 20ème siècle. Les déflations de certains toits supportés par l’air conduisirent David Geiger à développer un type modifié, le «Cabledome» plus rigide, qui incorporait les idées de Fuller sur la tenségrité et l’aspérité plutôt que sur l’air. L’effet plissé observé dans certains de ces dômes est le résultat de câbles radiaux inférieurs s’étendant entre ceux qui forment les fermes afin de maintenir la membrane en tension. Le système de membrane léger utilisé se compose de quatre couches: fibre de verre imperméable à l’eau à l’extérieur, isolation, pare-vapeur, puis couche d’isolation acoustique. C’est assez translucide pour répondre à la plupart des besoins d’éclairage de jour sous le dôme. Les premiers exemples de grandes travées étaient deux arénas de Séoul, en Corée du Sud, construits en 1986 pour les Jeux Olympiques, l’un de 93 mètres de large et l’autre de 120 mètres de large. Le Georgia Dome, construit en 1992 sur un plan ovale, utilise à la place un motif triangulé dans un système breveté sous le nom de «Tenstar Dome». Le Millennium Dome a été achevé en tant que plus grand dôme de câble au monde avec un diamètre de 320 mètres et utilise un système différent de support de membrane, avec des câbles qui descendent des 12 mâts qui pénètrent dans la membrane. Le premier dôme de câble à utiliser des panneaux de charpente en acier rigide comme couverture au lieu d’une membrane translucide a été commencé pour un centre d’athlétisme en Caroline du Nord en 1994.

Dômes rétractables et stades
La dépense plus élevée des dômes rigides de grande envergure les rendait relativement rares, bien que les panneaux rigides mobiles soient le système le plus populaire pour les stades sportifs à toiture rétractable. Avec une portée de 126 mètres, l’Aréna Civic de Pittsburgh présentait le plus grand dôme rétractable au monde lorsqu’il a été achevé pour le Civic Light Opera de la ville en 1961. Six de ses huit sections pouvaient pivoter derrière les deux autres en trois minutes. maison de l’équipe de hockey des Penguins de Pittsburgh.

Le premier stade de baseball en forme de dôme, l’Astrodome à Houston, au Texas, a été achevé en 1965 avec un dôme en acier rigide de 641 pieds de large rempli de 4 596 puits de lumière. Parmi les autres exemples de dômes de stades rigides, citons le cadre en acier Superdome of New Orleans et le ciment Kingdome of Seattle. L’Ericsson Globe 1989 de Stockholm, une arène pour le hockey sur glace, a obtenu le titre de plus grand bâtiment hémisphérique du monde avec un diamètre de 110 mètres et une hauteur de 85 mètres.

Le stade olympique de Montréal présentait un toit à membrane rétractable en 1988, bien que des déchirures répétées aient mené à son remplacement par un toit non rétractable. Le SkyDome de Toronto a ouvert ses portes en 1989 avec un système rigide en quatre parties: une qui est fixe, deux qui coulissent horizontalement et une qui tourne le long du bord de la travée de 213 mètres de large. Au Japon, le dôme Fukuoka de 1993 présentait un dôme de 222 mètres en trois parties, dont deux tournaient sous la troisième. Le stade Ōita a été construit en 2001 comme un toit semi-sphérique fixe de 274 mètres de large avec deux grands panneaux recouverts de membrane qui peuvent glisser du centre vers les côtés opposés.

Vingt-et-unième siècle
La variété des dômes modernes sur les stades de sport, les halls d’exposition et les auditoriums a été rendue possible par le développement de matériaux tels que l’acier, le béton armé et les plastiques. Leurs utilisations sur les grands magasins et les «centres de divertissement vidéo-hologrammes futuristes» exploitent une variété de matériaux non traditionnels.