Pavillon, Jardin botanique Fribourg, Fribourg-en-Brisgau, Allemagne

.

Lors des dernières décennies du siècle, l’industrie de la construction a considérablement contribué à la montée en puissance de la consommation de matériaux causant des effets préjudiciables pour l’environnement. Situé dans le jardin botanique de l’Université de Fribourg, le pavillon livMatS expose une expression inspirée de la nature assise aimablement dans le jardin, offre une alternative viable économiquement en ressources et en méthodes de construction conventionnelles et représente donc une bonne marche à suivre vers une architecture biosourcée. Il s’agit du premier bâtiment dont la structure porteuse est entièrement réalisée en fibre de lin enroulée robotisée, un matériau entièrement naturel, biodégradable et disponible localement en Europe centrale.

Basé sur une nouvelle combinaison de matériaux naturels et de technologies numériques avancées, ce pavillon est la résultante de la collaboration fructueuse d’une équipe interdisciplinaire d’architectes et d’ingénieurs du programme de maîtrise ITECH du Pôle d’excellence de l’Université de Stuttgart et des biologistes du pôle d’excellence de l’Université de Fribourg.

Le pavillon biomimétique met en œuvre la combinaison de technologies informatiques de pointe avec des principes de co-conception qui tiennent compte simultanément des exigences géométriques, matérielles, structurelles, de production, environnementales et esthétiques, ainsi que des techniques de fabrication automatisées avancées appliquées aux matériaux naturels, susceptibles de générer une expression architecturale innovative, distinctive et authentique. L’aspect de surface distinctif et complexe des éléments structuraux en lin évoque à la fois des exemples vernaculaires de treillis et des systèmes biologiques.

1. La conception et la modélisation :

Pendant les 5 prochaines années, le pavillon liv MatS servira de salle de conférence en plein air à l’Université de Fribourg.

Enquête biomimétique :

Le pavillon liv MatS étend cette recherche vers une méthode de construction plus durable avec des fibres de lin naturelles et étudie l’utilisation de ces fibres naturelles dans une application à grande échelle. 

L’architecture du pavillon emprunte à la biologie sa capacité de maintenir en équilibre des systèmes de force de structure fibreuse généralement très différenciés : une orientation, une direction et une densité de fibres. La conception résulte de la collaboration de recherche de longue date des universités de Fribourg et de Stuttgart dans ce domaine, qui étudient comment ces principes peuvent être transférés de la nature à l’architecture.   

Le pavillon liv MatS tire son inspiration du cactus saguaro ( Carnegia gigantea ) et du figuier de barbarie ( Opuntiasp.), ils sont particulièrement caractérisés par leur structure en bois. Le cactus saguaro a un noyau cylindrique en bois creux à l’intérieur, très léger. L’entrelacement de filets constitue l’enveloppe qui donne à l’ensemble une stabilité supplémentaire, formée à la suite de l’intercroissance d’éléments en bois individuels. Le tissu des pousses latérales aplaties du figuier de Barbarie – se distingue par une capacité de charge particulièrement élevée- est également enchevêtré en faisceaux de fibres de bois, qui sont disposés en couches et interconnectés. En surcroit, le réseau de fibres, transfère les propriétés mécaniques des structures de fibres réticulées à des éléments structurels légers du pavillon.

2. La matérialisation du projet :  

Fabrication intégrative

Les éléments de construction porteurs sont produits avec un procédé d’enroulement filamentaire sans noyau, développé par l’équipe du projet. Dans cette approche de fabrication additive, un robot place très précisément des faisceaux de fibres sur un cadre d’enroulement. Cela permet un calibrage ciblé et une articulation architecturale de l’orientation, de l’alignement et de la densité des fibres afin de maintenir la structure du composant, comme dans son inspiration biologique. La forme prédéfinie du composant est réalisée grâce à l’interaction des fibres dans le cadre d’enroulement, éliminant ainsi le besoin de tout moule ou noyau supplémentaire et répondant à tous les éléments géométriquement variables. De plus, ce mode de fabrication ne produit aucun déchet ni chute. 

Les fibres naturelles et leur variabilité biologique relèvent de nouveaux défis, notamment les flux de travail de conception informatique, de fabrication robotique, ainsi que le contrôle de la machine. Ces flux de travail de Co-Design ont été initialement développés pour des matériaux synthétiques et donc homogènes et devaient maintenant être adaptés aux propriétés matérielles des fibres de lin. Cette projection du modèle de conception informatique intégratif a permis aux propriétés hétérogènes des matériaux de penser la conception et le choix des composants individuels ainsi que l’adaptation de la structure globale. Les propriétés mécaniques spécifiques des fibres naturelles ont également nécessité la reconfiguration du processus de fabrication robotique.

Le pavillon liv Mats est recouvert d’une peau en polycarbonate imperméable, qui offre non seulement un abri contre les intempéries, mais protège également les fibres des rayons UV directs et des précipitations.

Démarche robotique d’assemblage et de montage :

La structure porteuse du pavillon liv MatS se compose de quinze fibres de lin, préfabriqués par robot exclusivement à partir de fibres naturelles filées en continu, ainsi que d’un élément de couronnement fibreux au-dessus de la structure. Les éléments varient entre 4,50 à 5,50 m et ne pèsent que 105 kg en moyenne. L’ensemble de la structure fibreuse pèse environ 1,5 t tout en couvrant une surface de 46 m². La conception finale est conforme à l’ensemble des combinaisons de charges, y compris les charges de vent et de neige. 

Les différents éléments de structure en lin préfabriqué sont assemblés sur place afin de former l’ossature du pavillon.  

Par sa nature même, le pavillon offre des points de contact pour mettre en évidence les similitudes et les différences entre les matériaux biologiques et techniques et pour montrer les possibilités qu’offre le biomimétisme, notamment en architecture.

.

.

.

.

.

—————————————————————————————————————————-

Sources :

ICD Institute for Computational Design and Construction – Prof. Achim Menges
Cluster of Excellence IntCDC, Université de Stuttgart : https://www.itke.uni-stuttgart.de/research/icd-itke-research-pavilions/livMatS-pavilion-2020-21/

LivMatS Pavilion / ICD/ITKE University of Stuttgart : https://www.archdaily.com/966168/livmats-pavilion-icd-itke-university-of-stuttgart?ad_source=search&ad_medium=projects_tab

Robotically wound flax fiber builds a ‘bioinspired’ paviliRobotically wound flax fiber builds a ‘bioinspired’ pavilion in freiburg, Germany : https://www.designboom.com/architecture/robotically-wound-flax-fiber-livmats-pavilion-freiburg-07-19-2021/

Conception du futur Pavillon LivMatS : https://decor.design/fr/pavillon-livmats-icd-itke-universite-de-stuttgart/