Pavillon de recherche ICD/ITKE 2012

En novembre 2012, l’ICD (Institute for Computational Design) et l’ITKE (Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen) de l’Université de Stuttgart réalisent pour la troisième année consécutive un pavillon de recherche. Ce pavillon innovant, dont la fabrication est entièrement robotisée, est constitué de matériaux composites en carbone et fibre de verre.

Conception et Modélisation du projet

Ce projet est conçu selon une approche ascendante (ou « bottom-up »), qui part de l’observation d’éléments de la nature pour parvenir à la conception et la réalisation du pavillon. Dans le cas présent, l’observation se porte sur de nombreux invertébrés. Les principes biologiques observés sont analysés puis résumés, afin d’en tirer des concepts architecturaux structurellement viables. L’exosquelette du homard est analysé plus en détails du fait de sa composition multi-matérielle et sert finalement de modèle biologique pour le projet. En effet, cet exosquelette (ou cuticule) est composé d’une partie plutôt molle, l’endocuticule, et d’une couche relativement dure, l’exocuticule. L’analyse plus en détail de cette cuticule nous montre qu’elle se compose de nappes de fibres unidirectionnelles, qui sont sécrétées en fonction des besoins locaux spécifiques. C’est-à-dire que cette cuticule s’adapte localement aux efforts qui lui sont soumis. Ainsi, dans les parties qui ne sont sollicitées que dans une direction, les nappes se superposent dans le même sens afin de créer un réseau unidirectionnel, alors que pour les parties qui sont sollicitées dans plusieurs directions, les nappes se superposent de manière hélicoïdale pour former un réseau isotrope. C’est donc sur ce principe que se base toute la conception du pavillon.

Pince de homard

Pince de homard au microscope sur une partie unidirectionnelle (anisotrope)

Pince de homard au microscope sur une partie multidirectionnelle (isotrope)

Localisation des fibres unidirectionnelles dans le projet

Localisation des fibres multidirectionnelles dans le projet

Matérialisation du projet : fabrication, assemblage et montage

La fabrication du pavillon est effectuée in situ par un robot six axes (couplé à un septième axe externe) dans une salle hors d’eau prévue à cet effet. Placé sur un piédestal de deux mètres et avec une portée de quatre mètres, le robot place les fibres sur un châssis en acier selon le modèle informatique. Cette structure métallique temporaire est placée sur une plateforme tournante, également commandée par le robot. Dans le cadre du procédé de fabrication, les fibres passent dans un bain de résine (afin de les saturer en résine) juste avant leur pose. Le résultat final est une structure d’un diamètre de huit mètres et d’une hauteur de trois mètres cinquante, constitué en tout en pour tout d’un enroulement de trente kilomètres de fibre. Une fois terminée, l’ossature en acier peut être retirée et la coque autoporteuse a une épaisseur finale de quatre millimètres seulement. Le pavillon peut alors être transporté vers son lieu d’implantation, par un petit groupe d’étudiants qui le portent aisément.