Depuis 2000, chaque année la Serpentine Gallery de Londres a commandé un pavillon qui sera construit et exposé durant les mois d’été. Un architecte international est choisi pour concevoir l’installation, la seule condition étant que cet architecte n’a jamais réalisé un projet au Royaume-Uni au moment de l’invitation. Ce projet devrais donc trouver un équilibre entre les possibilités d’expérimentation offertes par une structure temporaire et un délai extrêmement court: chaque pavillon doit passer du concept à la réalisation en moins de six mois.
Le Serpentine Pavilion 2016, conçu par architecte BIG (Bjarke Ingels Group) et ingénieur AKT II, présente une étude par l’utilisation de la modélisation paramétrique et des outils d’analyse structurelle dans la réalisation de tels projets limités dans le temps.
Conception
Le pavillon est centré sur un concept simple: deux parois sinusoïdales de 30 mètres de long, une concave et une convexe. Ils ondulent l’une vers l’autre, avant de fusionner en une seule forme emboîtée à leur sommet. Chaque mur de 14 m de haut est composé de boîtes ouvertes et est en damier par rapport à son voisin, ce qui permet à la partie supérieure des deux murs de se chevaucher et de s’imbriquer dans une grille cellulaire continue. Retour au niveau du sol, les boîtes de 40 cm de hauteur créent un paysage extérieur «pixélisé» pour escalade et assis, tandis que l’intérieur sert à proposer des espaces à l’échelle différente destinés à l’assise, au bar et aux spectacles. Cette ambiguïté formelle est renforcée par l’utilisation de boîtes ouvertes : lorsqu’elles sont vues longitudinalement, elles apparaissent solides et substantielles; cependant, quand un visiteur reste dedans, il se tournent vers l’extérieur et les boîtes se dématérialiser en de simples grilles de lignes en ondulation moirées, permettant des vues à travers et au-delà du paysage du parc.
Modélisation
Pour réaliser un pavillon complexe, de la conception à l’information de production entièrement coordonnée en moins de trois mois. En plus de ces contraintes de temps, le budget nécessité que les matériaux et les quantités soient optimisées autant que possible. Pour ces raisons, les équipes de conception BIG et AKT II ont choisi de générer l’ensemble de la géométrie à travers des processus de conception paramétriques.
Dans le cas du pavillon, le meilleur flux de travail consistait à établir une connectivité entre Rhino et Grasshopper (modélisation géométrique), Sofistik et SAP (analyse structurelle) et Microstation (production de dessins). Avec ce workflow paramétrique, les différentes équipes de conception – réparties entre les États-Unis, le Royaume-Uni et le Danemark – pourraient rapidement échanger et affiner leurs idées.
À mesure que la phase conceptuelle initiale évoluait vers la conception détaillée, ces modèles paramétriques devaient devenir plus complexes et adopter des critères structurels et de fabrication supplémentaire. Pour faciliter ce processus, AKT II a utilisé Re.AKT, qui permet d’échanger des informations et de les intégrer entre les logiciels de modélisation, d’analyse et de documentation. Cela crée un flux de travail dans lequel les informations de différentes parties sont rapidement « repliées» dans un modèle principal. Voici un modèle que j’essaie monter par Rhino et Grasshopper, les différents
profondeur de boîtes et fixations sont à concrétiser.
Matériel
Dès les premières étapes du projet, BIG a souligné qu’il voulait expérimenter avec du plastique renforcé de fibre de verre (PRFV) fabriqué en utilisant le procédé de «pultrusion». Le PRFV est un matériau composite formé de fibres de verre encapsulées dans une matrice de résine plastique qui a typiquement une résistance comparable à celle de l’acier, mais avec seulement environ un quart du poids. Cette haute résistance spécifique a fait du PRVF un matériau attractif dans les cas où le poids est critique, comme dans le cas de l’aérospatiale et les applications automobiles.
Pour soutenir nos explorations avec ce matériau, BIG a invité Fiberline Composites A / S à se joindre au projet. Fiberline est l’un des principaux fournisseurs de PRFV pultrudé, et a développé plusieurs produits PRFV avec des propriétés structurelles bénéfiques ainsi que des couleurs uniques et des niveaux de transparence. Les discussions initiales avec Fiberline ont porté sur la possibilité de former l’ensemble du pavillon à partir d’un seul type d’élément PRFV – une extrusion sur mesure conçue spécifiquement pour ce projet qui incorporerait à la fois la forme de boîte ouverte et les connexions de coin. Cependant, pour des raisons de temps et d’économie, l’équipe a plutôt choisi une solution plus simple, chaque boîte étant assemblée à partir de quatre plaques en PRFV, avec des angles PRFV collés dans chaque coin pour augmenter la stabilité latérale et la charge verticale.
Avec plus de 95% du pavillon réalisé à partir de ces deux éléments simples, le détail des fixations entre eux exige de haute qualité. L’équipe de conception a travaillé sur plusieurs options et finalement a choisi une solution proposé par StageOne: un boulon à tête plate sur mesure qui pourrait être maintenu asymétriquement sur la face interne de chaque boîte, permettant ainsi un petit décalage du voisin face d’angle. En minimisant ce décalage, l’équipe de conception pourrait spécifier des «bras» plus courts pour toutes les sections transversales du connecteur sur l’ensemble de la structure, entraînant des temps de production plus rapides, des économies significatives et un poids réduit.
Conception de structure
Tout au long des discussions avec Fiberline, les modèles paramétriques précédemment établis ont été utilisés pour tester et fournir des commentaires sur différentes configurations. Avec Re.AKT, chaque option pourrait être analysée simultanément à plusieurs échelles, à la fois globalement et localement. Des modèles de mailles d’analyse par éléments finis non linéaires (FEA) à haute résolution ont été générés au départ, puis de petits groupes jusqu’à une douzaine de boîtes, qui ont ensuite été utilisés pour calibrer des modèles de cadres 2D et 3D. Ce processus a permis d’exploiter les boîtes avec beaucoup plus de précision et de rapidité que les méthodes traditionnelles, ce qui était essentiel compte tenu du calendrier du projet et du nombre d’éléments dans le pavillon.
Fiberline a effectué une série d’essais sur les matériaux physiques afin de fournir un étalonnage et une confirmation supplémentaires des modèles numériques. Avec les modèles globaux calibrés, il était clair que trois épaisseurs de boîte pourraient être utilisées: 10mm, 6mm et 3mm. Cela fournirait le nécessaire rigidité où les forces ont été concentrées, tout en minimisant le poids et le coût global et en maximisant le degré de translucidité souhaité par BIG. De même, les forces variables présentes aux points de connexion pourraient être transférées en utilisant une, deux ou trois paires de boulons entre des boîtes adjacentes. La conception finale optimisée comprend 1800 boîtes de 16 longueurs différentes, ainsi que 3500 connecteurs de 126 typologies différentes et plus de 25 000 boulons.
