Durant l’été 2011, l’Institut for Computational Design (CIM), l’Institut des structures de construction et de conception structurelle (ITKE) ont travaillé en collaboration avec des étudiants de l’université de Stuttgart afin d’élaborer un pavillon expérimental temporaire construit en bois. Ce projet de recherche explore le domaine du biomimétisme en s’intéressant à la morphologie du squelette plat des oursins de mer (Echinoidea). Il s’agit là d’un double objectif : aboutir à un transfert architectural à partir d’un mécanisme du vivant et développer de nouvelles méthodes de simulation/dessin numérique conduisant par la suite à une fabrication robotisée.
Conception
L’enjeu principal du projet était notamment d‘intégrer les performances d’un système structurel biologique dans un nouveau design architectural. La réflexion s’est dès le départ concentrée sur la mise en place d’un système modulaire, système qui permet une grande capacité d’adaptabilité. Lors de l’étude biologique de la structure du squelette de l’oursin, celle-ci s’est révélée être composée de minuscules plans polygonaux reliés entre eux au niveau des côtés grâce à un joint « digiforme ».
Morphologiquement, il ne peut pas converger plus de trois plans en un point ce qui assure une meilleur transmission des forces de cisaillement (surtout) et des forces normales tout en résistant à la flexion. Cet arrangement permet à la structure une grande capacité de support de charges. D’autre part, la connexion « digiforme » entre les plans polygonaux trouve sont équivalent technique en menuiserie avec l’assemblage à queue. En vertu de cette grande résistance et ce, malgré sa taille, il est possible de construire ce pavillon avec des plaques de 6,5 mm seulement.
Trois autres propriétés de la biologie on été utilisées afin de concevoir le pavillon : hétérogénéité ( la taille des plans varie selon la courbe), anisotropie (structure directionnelle) et hiérarchie. La dernière s’applique au niveau des connections : les joins au sein d’une même cellule sont collés alors que les cellules sont juste imbriquées les unes dans les autres. Cela permet de conférer un caractère démontable au pavillon.
La forme architecturale du projet a été modélisée et dessinée à l’aide de Rhino, grasshopper et Kangaroo. Il s’agit d’un dôme simple, puis déformé, puis ouvert. La résistance mécanique du pavillon a ensuite été testée. Une cellule à échelle 1 a préalablement été produite pour tester sont comportement.
ICD / ITKE Research Pavilion 2011 – Design Tool from ICD.
Réalisation et assemblage
L’ensemble de la fabrication des cellules et le montage ont été réalisés par les étudiant de Stuttgart eux-mêmes, notamment grâce à leur outils de fabrication robotique. Le pavillon n’est autre que le résultat de l’assemblage de pas moins de 850 panneaux de bois moyennant 100 000 joints. L’utilisation de plaques extra fines (6,5 mm) amène à un volume total de matière de 2 mètres cubes alors que le volume structurel est lui de 200 mètres cubes. Cette dernière donnée illustre bien, la grande résistance du modèle.
Architectes : ICD / ITKE University of Stuttgart
Localisation : Stuttgart, Germany
Equipe de projet : Institute for Computational Design – Prof. AA Dipl.(Hons) Achim Menges Achim Menges, Institute of Building Structures and Structural Design – Prof. Dr.-Ing. Jan Knippers, Competence Network Biomimetics Baden-Württemberg
Planning et Réalisation : Peter Brachat, Benjamin Busch, Solmaz Fahimian, Christin Gegenheimer, Nicola Haberbosch, Elias Kästle, Oliver David Krieg, Yong Sung Kwon, Boyan Mihaylov, Hongmei Zhai
Conception et développement de projet : Oliver David Krieg, Boyan Mihaylov
Développement scientifique : Markus Gabler (project management), Riccardo La Magna (structural design), Steffen Reichert (detailing), Tobias Schwinn (project management), Frédéric Waimer (structural design)
Surface : 72 mètres carrés
Volume : 200m³
Matériau : 275 mètres carrés de bois contre plaqué 6,5mm Sheet thickness
Année : August 2011
Bibliographie :
http://icd.uni-stuttgart.de/?p=6553
https://issuu.com/studio_air/docs/air12s2_b_cker_hans-christian_final_journal
http://papers.cumincad.org/data/works/att/ecaade2012_152.content.pdf