Inspiration
J’ai voulu ici expérimenter une forme particulière en architecture : la torsion, ou le twist en anglais. Il s’agit d’un principe que l’on retrouve particulièrement dans les grandes tour, car cela permet de conserver un étage courant effectuant une légère rotation par rapport au niveau précédent, tout en apportant une volumétrie significative au bâtiment. Parmi les exemples ci dessous on retrouve dans l’ordre the Turning Torso de Santiago Calatrava, la F&F Tower de Pinzón Lozano & Asociados, le Kuwait Trade Center de NORR Limited, et les Absolute Towers par mad Studio.
![twisted-towers[4]](http://sapi.paris-lavillette.archi.fr/CTID924/wp-content/uploads/2020/01/twisted-towers4-300x143.jpg)
J’ai également été très inspiré par le travail de Bjarke Ingels (BIG), notamment par l’extension d’une école de Management (ISOM) dans le Massachusetts. La torsion est accompagnée d’éléments réguliers qui marquent le mouvement de rotation, et crée une dynamique très agréable quand on observe ces éléments s’enchaîner au ras du mur.
Enfin, « The Twist« , un projet de petit musée au dessus d’une rivière, a conforté mon envie d’une torsion horizontale et continue.
Ainsi, mon intention initiale se concentre en la réalisation d’une passerelle, observant une torsion complète d’une rive à l’autre. Plus légère que le projet « The Twist », je vise une structure ouverte et transparente, selon le point de vue. Il est indispensable pour moi que l’on puisse voir la succession des éléments à l’intérieur comme à l’extérieur.
Pour ce mini-projet, j’ai décidé de ne m’inspirer d’aucun tutoriel ou de fichier Grasshopper existant. La totalité du processus de conception est de moi et des connaissances limités que j’ai de ce logiciel. Le fichier est donc loin d’être optimisé et peut très certainement faire l’objet de « raccourcis » ou d’approches plus pertinentes.
Conception paramétrique
1/Base
Je commence par modéliser la forme de base, un parallélépipède rectangle. Je pars donc d’une surface plane à laquelle je donne des dimensions, puis que j’extrude selon un axe et une valeur donnée. Cette forme de base, bien que très simple, est entièrement modifiable, ce qui est indispensable pour des ajustements futurs.
Afin de réaliser la torsion, je dois au préalable définir son axe de rotation. Pour que le projet reste modifiable et déformable à souhait, il ne peut pas être tracé dans Rhino mais doit lui aussi être paramétré. Pour cela je décomposé le parallélépipède précédent, j’en extrait de la liste des faces les 2 faces carrées. Je cherche ensuite leur milieu et je joint les 2 milieux par une ligne, c’est l’axe de rotation de l’objet. Je place également le milieu de cette ligne, utile pour la suite.
Je peux enfin appliquer la fonction Twist, disponible nativement dans Rhino 6 ou en extension sur Rhino 5. On a en entrée du composant le parallélépipède, l’axe de rotation précédent, et un angle. Je le définit à 90 degrés afin d’avoir une demi rotation : les carrés de début et de fin de la rotation sont donc strictement parallèles et de même orientation. A l’aide d’un paramètre booléen « vrai » j’active l’entrée « Infinite » : la torsion est donc uniforme sur toute la géométrie (indispensable dans un souci de rationalisation).
2/Division
Il faut a présent diviser la forme twistée en plusieurs sections dans l’objectif d’une découpe laser. J’utilise donc le composant PerpFrames, qui va placer 23 plans perpendiculaires à l’axe de rotation de l’objet. Le composant BrepPlane extrait ensuite l’intersection entre ces plans et la géométrie twistée. Il en résulte 23 sections filaires.
Je donne ensuite à ces sections leur épaisseur et forme finale. Avec OffsetCurveLoose je crée une version plus petite de chaque section (20 millimètres de moins). Ensuite avec BoundarySurface je transforme ces sections filaires en surfaces pleines.
Je réalise ensuite une différence boléenne entre ces sections, la plus grande moins la plus petite. J’obtiens ainsi des cadres, que j’extrude selon l’épaisseur du carton (ici 3 millimètres, mais cela deviendra 2 à terme).
3/Relier les sections : bases
Une question se pose alors, comment relier les sections ensembles, comment faire tenir la passerelle ? Je pense alors à un sol rigide, telle une dalle, qui viendrait saisir chaque section sans en déborder.
Cependant, la passerelle serait très fragile, autant en maquette qu’en réalité. Je place alors également une toiture : la passerelle fonctionne alors comme un grand treillis. La présence d’un sol et d’un plafond ne perturberait pas la dynamique recherchée à l’intérieur ni à l’extérieur.
Pour définir mes plans, je commence par prendre la face inférieure du parallélépipède (la numéro 7), et augmente son échelle de manière à englober largement toute géométrie qui déborderait potentiellement (facteur 10 dans les axes X et Y). Le composant OffsetSurface est parfaitement inutile, il doit résulter d’un essai d’agrandissement non fructueux.
Je place donc 2 plans, par déplacement du plan précédent. Un pour le sol, 30 millimètres au dessus du point le plus bas, et un pour le toit 100 millimètres au dessus.
Il faut ensuite définir la surface finie du sol et du toit. On a ici l’exemple du toit. Le composant Surface/Curve génère l’intersection entre le plan de coupe et les sections filaires. Je relie ensuite les points générés 2 à 2 grâce à Interpolate, puis en génère une surface avec Loft.
Le toit est pour l’instant trop grand, et englobe les sections verticales dans toute leur largeur. Je veux cependant qu’il soit assez discret de l’extérieur. Pour cela, je réduit de 20% sa taille uniquement sur l’axe Y (coefficient x0.8 sur l’échelle de sa largeur), afin que le toit morde de quelques millimètres chaque section sans être trop visible. Je lui donne ensuite son épaisseur finale en millimètre (3 ici, 2 à terme).
Je réalise le même processus pour la dalle du sol.
4/Travail des extrémités
En l’état actuel des choses, toutes les sections sont strictement identiques (car twist en mode « infinite »). Cependant pour améliorer l’aspect de la passerelle, je voudrais une première et dernière section légèrement différentes, afin de recouvrir la tranche des dalles de sol et de toit.
Pour modifier ces extrémités, je commence par les extraire de la liste de toutes les sections, générées précédemment, présentes dans le composant Relay. La première section est la première également de la liste (indice 0), et l’autre la dernière de la liste, donc d’indice « longueur de la liste » – 1 (car la liste commende à l’indice 0).
Je décompose ces sections avec DeconstructBrep et récupère via ListItem et des indices spécifiques les petites face intérieures à prolonger. Je les extrude ensuite, vers le haut de 10 millimètres pour celles du bas, et vers le bas de 13 millimètres (3 mm de plus à cause de l’épaisseur de carton) pour celles du haut. J’obtiens ainsi 4 petits volumes qui vont venir s’ajouter respectivement à la première et dernière section.
J’en profite pour générer la forme 2D nécessaire pour la découpe laser. Je récupère donc la première section, puis je lui ajoute une face du petit volume fait précédemment (indice 1), puis je les fusionne via MergeFaces.
5/Conception des sols et toits finaux
Pour obtenir le toit final par exemple, il faut générer les encoches de chaque section dans la dalle du toit. Je fais donc une soustraction de solides entre le volume du toit (fin du 3/) et le volume de chaque section (fin du 2/) ET les 4 petits volumes de recouvrement (fin du 4/).
Cependant, les encoches sont ici en diagonale. Le volume du toit est donc réalisable avec une fraiseuse numérique, qui viendrait tailler les diagonales dans l’épaisseur du carton, mais pas avec une découpeuse laser qui reste dans un plan 2D. Je décide de récupérer la face du dessus : les encoches du toit seront certes un peu plus larges par endroit, mais cela permettra de mettre en place les pièces lors de l’assemblage de la maquette.
Pour cela j’explose le volume du toit, et je trie grâce au composant SortList chacune des 188 faces dans l’ordre de leur superficie. Je prend ensuite la plus grande (dernière de la liste, donc « longueur de la liste » -1).
Je réalise la même opération avec le volume du sol, mais étant donné que je récupère sa face du bas, il faut penser à retourner la pièce. En effet le laser découpe uniquement du haut vers le bas, et non l’inverse.
6/Extraction des pièces à découper
La première étape consiste à mettre les pièces 2d à plat. Pour cela j’utilise le composant Rotate3D qui prend en entrée la géométrie à mettre à plat, un angle de rotation (90 degré ici), un centre de rotation (ici je prend le milieu de chaque ligne générée à la troisième étape du 3/) et un axe de rotation (je reprend les lignes précédentes, pas leur milieu cette fois). Cela permet d’avoir une rotation de chaque pièce individuellement. Cependant, en comparant les superficies de chaque sections avec le composant Area, on peut remarquer que toutes les sections sont identiques, à quelques dixièmes de millimètres près ce qui est négligeable (erreur de calcul liée au twist, probablement liée à un calcul de π).
Je réalise le même processus avec la section modifiée (4/), le toit et le sol sont quand à eux déjà mis à plat.
Ultime étape, je relie toutes ces pièces à un composant MoveToPlane, afin de les placer sur le même plan avec z=0. Je peux ensuite « bake » ce composant et réarranger les pièces de façon distincte. Seules 2 sections suffisent, étant donnée qu’il faudra les replacer avec les bonnes couleurs sur Autocad, l’étape suivante.
Sur Autocad, je dispose les pièces sur un rectangle de 100×130, format demandé par une agence de découpe. La découpe laser n’était en effet pas disponible à l’école, tous les créneaux étant pris sur une longue durée.
Je copie-colle les sections côte à côte afin d’économiser du temps de découpe. Je convertis également les lignes en polylignes en appliquant les bonnes couleurs selon qu’il s’agisse d’une découpe interne ou périphérique.
J’ai la possibilité de choisir comme matériau du carton muséum blanc de 2mm : cela garantie une bonne résistance de la passerelle. Je choisis aussi une découpe au cutter automatique (découpe numérique) à la place du laser, afin d’éviter les traces de brûlure.
Maquette numérique
Le modèle Rhino peut être exporté dans Sketchup, afin d’y rajouter des textures et lancer des rendus avec le plugin Vray. J’ai appliqué une texture de mousse blanche sur les matériaux, afin d’avoir un aperçu de ce que pourrait rendre la maquette.
La maquette physique
L’assemblage de la maquette a révélé quelques surprises. Bien que le processus d’assemblage aie été pensé en amont durant la conception numérique, cela se révèle plus fastidieux que prévu. En effet tant que les pièces ne sont pas collées en place, le pont n’est pas assez rigide pour tenir de lui même. Il faut alors fixer les sections sur le plateau du bas, puis remonter progressivement le plateau du haut et fixer chaque section sur ce dernier. Afin de rendre le montage possible, j’ai également du construire une poutre en carton, de façon à ce que les plateaux soient maintenus en position définitive pendant l’encollage. Cela pourrait s’apparenter à un échafaudage, qui aurait surement été mis en place de la même façon lors de la construction de la passerelle.
Afin de garantir la rigidité du pont, je rajoute 2 poutres de balsa peintes en noir dans la diagonale de sol et du toit. Sa présence assumée par sa couleur qui tranche sur le blanc ne rompt pas avec lé légèreté de la structure. Vue de côté, ces poutres forment un fin liserai noir qui vient encadrer les plateaux. De face, elle sont tout à fait invisibles.
A l’intérieur comme à l’extérieur, on ressent bien la superposition d’éléments qui se décalent de manière régulière : la maquette physique reste fidèle au modèle numérique et à l’intention initiale.
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