Le musée investit le bâtiment classé. Trois niveaux génériques sont déterminés pour l’organisation des locaux et sont reliés entre eux par deux noyaux de circulations verticales. La typologie du plan formule trois séquences, la partie centrale organise un vide intérieur avec un grand escalier et un éclairage sommital.
Un nouveau volume se développe sur trois niveaux, ses façades réagissent au contexte avec des inflexions cherchant par un plan en forme de pentagone un rapport sensible avec la façade de l’ancien dépôt. Un corps de bâtiment socle s’insère entre les deux, intégrant la rupture de niveau, assurant la connexion entre les volumes et formulant l’entrée.
Le nouveau corps d’entrée contient les espaces d’accueil avec l’espace polyvalent. L’accès au musée se fait au niveau du rez inférieur vers les salles d’exposition temporaires et de médiation culturelle aménagées dans l’ancien volume. Un grand escalier emmène les visiteurs vers le rez supérieur qui propose les premiers espaces d’expositions permanentes ainsi que le foyer avec cafétéria. L’organisation du rez de chaussée permettra de desservir à futur une extension éventuelle du musée.
La visite se poursuit par un escalier installé dans un vide central favorisant l’orientation et la perception d’ensemble. Le dernier niveau est situé sous la toiture. Les espaces d’exposition de grande hauteur sont articulés en trois compartiments primaires grâce à la disposition de deux noyaux de circulations verticales. Le second bâtiment est placé contre le grand escalier de la nouvelle école de santé. Il regroupe les locaux de service, ceux des ateliers et de l’administration sur trois niveaux.
L’aspect extérieur du dépôt existant est conservé dans son expression de mur crépis avec des percements parés de briques et de blocs de molasse. Les grands volets au rez sont conservés.
La surélévation de la toiture a une expression plus filigrane sans exprimer d’échelle, traduisant une construction intérieure légère. Le nouveau bâtiment des services et de l’administration est en béton coulé sur place. Sa façade est en brique de parement donnant une expression massive au socle dévolu aux livraisons et dépôts. L’expression des étages va en s’allégeant vers le haut pour terminer avec le niveau administratif largement vitré. La brique se réfère au passé industriel du site.