Le Pavillon de Recherche ICD/ITKE (Institut for Computational Design and Construction  / Institut of Building Structures and Structural Design) 2015-16 a été conçu par les étudiants de ces deux instituts de Stuttgart en 2016 et a nécessité l’intervention de chercheurs dans les domaines tels que l’architecture, l’ingénierie , la biologie et la paléontologie. Il s’inscrit dans une démarche de recherche de techniques robotisées de fabrication de coques segmentées liées par du lien textile. Il est le premier à utiliser la couture industrielle liant des coques en bois à l’échelle architecturale.

Architectes: ICD – Prof. Achim Menges / ITKE – Prof. Jan Knippers

Scientifiques: Simon Bechert, Oliver David Krieg, Tobias Schwinn, Daniel Sonntag en collaboration avec Departement of Evolutionary Biology of Invertebrates – Prof. Oliver Betz Departement of Palaeontology of Invertebrates – Prof. James Nebelsick University of Tuebingen

Adresse: Keplerstr. 11-17, 70174 Stuttgart

Réalisation: Avril 2016

Surface totale: 85 m²

Surface de la coque: 105 m²

Nombre d’éléments: 151

Dimensions: 11.5m x 9.5m

 

CONCEPTION 

 

La conception du Pavillon de Recherche ICD/ITK 2015-16 est le résultat d’une double stratégie ascendante de design, basée sur des recherches biomimétiques de structures plates segmentées naturelles et des recherches de nouvelles méthodes de fabrication robotique pour coudre de fines couches de contreplaqué. Ainsi alors que des analyses morphologiques d’oursins plats étaient menées, une technique de fabrication été développée, permettant la production de segments double couches de contreplaqué de hêtre, pliés de manière élastique et cousus grâce à un robot. Ainsi après plusieurs mois de recherches entremêlant les différents corps, deux espèces d’oursins plats ont été identifiées comme très intéressantes pour le transfert de principes morphologiques et de croissance pour un processus de conception intégrative.

 

MODELISATION

 

La modélisation du pavillon s’est appuyée sur les recherches effectuées sur les oursins plats et a été effectuée autour de quatre principes importants que sont la croissance par plaque, une connexion double par l’intermédiaire de fibres et d’entrelacement, une double couche et une différenciation à l’intérieur du matériau. Ces points ont été ensuite appliqués à l’étude des éléments en bois qui allaient composer la structure. Ainsi après avoir soumis une lamelle de bois à une compression, ils ont déterminé les allures que devait prendre les lamelles, qu’ils ont ensuite enroulées sur elle-même pour avoir une double couche, qu’ils ont reliées entre elle grâce à un lien textile venant renforcer un entrelacement de dents en biseau.

 

 

 

 

Dès lors et après avoir défini deux origines de croissance, un algorithme a dessiné une forme abstraite qui a été convertie par l’intermédiaire d’une triangulation en une forme constructible. Ces triangulations on été doublées en terme de couche pour assurer la continuité avec le modèle biologique. Ainsi il y avait deux structures triangulées l’une sous l’autre. Ces deux structures ont été liées informatiquement, ce qui a permis de finaliser le dessin et de modéliser complètement la structure et d’obtenir les différentes forces qui s’exercent en son sein. A la fin, on obtient une structure de coque rigide doublement incurvée.

Finalement 151 segments de bois laminés composent la structure du pavillon, chacun résultant de l’association de trois bandes individuelles de contreplaqué en hêtre laminé. Ces 151 éléments sont tous différents et ont un diamètre compris entre 0,5 et 1,5m. L’alliance entre la connexion textile et les éléments de bois a permis de développé une structure ne pesant que 780 kg couvrant une superficie de 85m2, ce qui fait que le bâtiment a un poids structurel de seulement 7,85 kg/m2.

FABRICATION

 

Pour fabriquer un segment du pavillon, les 3 bandes de celui-ci sont dessinées par ordinateur sur des bandes de 3mm d’hêtre contreplaquées, sur lesquels sont agrafées les bandes de renforcement intérieur qui sont ensuite stratifiées sous vide. Alors un robot découpe les bandes par l’intermédiaire d’un fraisage CNC.

Ensuite les 3 bandes sont assemblées sur une chaîne de montage composée de 3 postes, une station d’assemblage où les étudiants scellent temporairement les bandes entre elles grâce à des pinces métalliques et l’aide du robot articulé KUKA KR 120 R3900 qui vient faire pression sur celles-ci pour qu’elles acquièrent leur forme finale. Ce bras articulé maintient alors le segment scellé temporairement pour le présenter à la machine à coudre industrielle CB4500 qui les couds alors entre eux pour les rigidifier et pouvoir ainsi enlever les scellements métalliques. Aussi lors de la couture, une membrane en fibre de polyester recouverte de PVC est cousue sur les extrémités des segments pour renforcer les liens lors de la mise en place future. Le robot et la machine à coudre sont contrôlés par un logiciel qui assure qu’il n’y ait pas de mouvement latéral lors de la pénétration de l’aiguille.

MONTAGE

L’assemblage de tous les segments et le montage de la structure se sont faits sur site. Les élèves ont cousus les segments entre eux après avoir numéroté chaque segment pour connaître sa place dans la structure. Ces liaisons ont été choisies car elles permettent d’éviter les moments de flexion dans les bandes de contreplaqué en ne transférant uniquement que les forces normales dans le plan. Aussi les articulations en forme de doigts entre chaque segment permet de ne transférer que les forces de cisaillement.

Vidéo de présentation du pavillon

Sources :

http://www.itke.uni-stuttgart.de/entwicklung.php?id=71

http://icd.uni-stuttgart.de/?p=16220