Présentation du projet
Le projet analysé est un pavillon de recherche conçu dans le cadre de cours à l’Université de Stuttgart (Allemagne) en 2011.
Programme : Pavillon temporaire
Superficie : 72 m²
Matériaux : Bois contreplaqué
Localisation : Stuttgart, Allemagne
Création : 2011
Architectes : Elèves de Stuttgart University, Jan Knippers & Achim Menges.
Il regroupe deux cours distincts mais complémentaires à savoir : Institute of Building Structures and Structural Design encadré par Jan Knippers et Institute for Computational Design and Construction encadré par Achim Menges.
Avec l’aide de ces cours et des enseignants certains étudiants de l’Université de Stuttgart ont pu expérimenter l’élaboration d’un espace architectural conçu avec la technologie paramétrique. Au delà de simplement modéliser un pavillon, il leur a fallut réfléchir à des méthodes d’assemblage et des astuces de mise en œuvre.
Conception et modélisation
L’Université de Stuttgart à créé de nombreux pavillon au fil des années. Pour ce projet en 2011, les architectes se sont inspirés d’une structure naturelle, celle de la coque d’un oursin. Ce projet mêle donc le paramétrique ainsi que biomimétisme.
Un projet inspiré d’un oursin
Dans ce projet, les architectes ont voulu s’inspirer de la nature. En effet, cette dernière tend à économiser la matière et optimiser ses créations afin d’être le plus performant possible en utilisant des logiques structurelles. Les professeurs et étudiants de l’Université de Stuttgart ont donc porté leur choix sur la coque des oursins et plus particulièrement sur celle des oursin plats dénommés Clypéastéroïde (Sand Dollar en Anglais). Cependant, le biomimétisme ne se résume pas à reproduire un système fonctionnel à grande échelle. En effet, le système structurel fonctionne dans un référentiel qui lui est propre et il a donc fallut isoler le système constructif de cet animal afin de le comprendre et de l’appliquer à l’échelle d’un bâtiment, en l’occurrence ici, un pavillon.
Le squelette de l’oursin plat est un système modulaire de plaque polygonales reliées entre elles à leurs bords. Ces mêmes bords sont connectés avec de la calcite (minéral chimique ou biochimique composé majoritairement de carbonate naturel et de calcium). Les plaques polygonales constituant le squelette permettent une stabilité structurelle grâce à leur disposition géométrique mais aussi par leur système de jonction. Au final, l’analyse de cet animal a permis de comprendre comment son squelette fonctionne afin de s’en inspirer pour la création du pavillon.
Une logique constructive
Suite à cette analyse de l’oursin plat, la morphologie de son squelette a été utilisée pour l’élaboration du pavillon. De ce fait, nous pouvons retrouver dans l’ensemble du pavillon des jonctions en un point de 3 plaques de bois. Cela servirait à utiliser la transmission d’efforts normaux et de cisaillement ce qui aurait pour but d’annuler dans l’ensemble de la structure les moments fléchissants. D’après les architectes, cette méthode semble être un piste intéressante pour l’ensemble des édifices architecturaux. En effet, ce principe de conception pourrait être applicable dans diverses géométries et surement à différentes échelles et non pas uniquement aux structures légères dans leur ensemble.
Matérialisation du projet : fabrication, assemblage, montage
Fabrication robotique pour une mise en œuvre manuelle
Aujourd’hui, des projets de plus en plus ambitieux voient le jour un peu partout dans le monde et cela résulte de la révolution numérique que nous connaissons un peu plus chaque jour. Les ordinateurs occupent un place de plus en plus importante dans de nombreux domaines et l’architecture en fait parti. Cette nouvelle façon de concevoir permet d’expérimenter de nombreuses choses qu’elles soient formelles, structurelles etc… ce qui étaient jusqu’alors très compliqué sans les ordinateurs, voire même impossible.
Cependant, concevoir est une chose, réaliser en est une autre. Les progrès techniques et technologiques permettent aujourd’hui d’utiliser des robots assignés à la fabrication de tâches complexes et précises ce qui permet la fabrication d’éléments non standardisés à une vitesse et une précision sans égal et c’est le cas pour ce pavillon. La morphologie complexe obtenue est dessinée grâce aux ordinateurs en accord avec les capacités de fabrication des robots à disposition dans l’Université de Stuttgart. Dans ce projet, la recherche de forme et et la conception structurelle sont étroitement liées. La forme dépend de la structure qui dépend des systèmes de jonctions et vice e versa. Tout cela afin d’obtenir une structure optimisée répondant à des contraintes de calculs structurels.
Les plaques utilisées doivent être assemblées d’une façon ou d’une autre pour faire tenir l’ensemble. Nous avons vu auparavant que 3 plaques se rejoignaient en un seul point mais les côtés de ces plaques doivent être reliées. La solution d’assemblage choisie pour ce pavillon est en fait deux solutions d’assemblage : la colle et des « dents ».
En ce qui concerne les « dents » (ou les doigts), on peut les voir apparaître sur le pavillon entre deux plaques. Selon l’Université de Stuttgart, le choix d’une fabrication robotique a permis la création de 850 composants géométriques différents pour plus de 100 000 articulations différentes entre les pièces afin de permettre de les disposer librement dans l’espace.
Un assemblage sur mesure
Après la production robotique de chaque éléments, vient l’étape de l’assemblage. La pavillon n’est pas qu’une simple coque faite de plaques assemblées entre elles mais est une coque épaisse. Chaque cellule n’est donc pas bidimensionnelle mais tridimensionnelle. L’assemblage du pavillon a donc consisté en la mise en volume de ces cellules pour ensuite les assembler entre elles et penser des techniques d’assemblage de cellules tridimensionnelles uniques entre elles semble impossible sans l’utilisation de robots. Le fait d’avoir mécanisé ce travail permet une mise en œuvre précise et sur mesure mais très simple et faisable à la main par les étudiants.
Des matériaux simples et légers
Créer une coque épaisse avec une grande portée est une chose mais le projet est envisageable uniquement si les contraintes structurelles sont propices à l’élaboration d’une telle structure. La solution retenue pour ce pavillon est l’utilisation de planches de contreplaqué de 6.5mm d’épaisseur. Ce bois est léger, relativement peu cher, facile à travailler et permet de donner une sensation de légèreté à la structure. Toute la rigidité de la structure semble se concentrer dans le fait que les cellules aient été spatialisées. La création de cellules tridimensionnelles creuses avec les faces internes évidées semblent être une façon de donner de la rigidité tout en optimisant le rapport poids/structure. En plus d’être un simple rapport de conception, ces percements permettent un aspect différent entre l’extérieur de la structure, étanche à l’eau, et l’intérieur de la structure qui n’est pas nécessairement étanche. Enfin, un dispositif de lumières est installé à l’intérieur de ces cellules ce qui permet d’avoir un éclairage diffus sur l’ensemble de la structure provenant de chaque cellule durant la nuit.
