PAVILLON ICD/ITKE 2011
STUTTGART, Allemagne
https://www.stylepark.com/de/news/computerbasierte-planung-und-robotische-fertigung
En été 2011, l’Institut de conception informatique (ICD) et l’Institut des structures de construction et de conception structurelle (ITKE), en collaboration avec des étudiants de l’Université de Stuttgart, ont réalisé un pavillon de recherche provisoire en bois bionique en bois à l’intersection de l’enseignement et de la recherche . Le projet explore le transfert architectural des principes biologiques de la morphologie du squelette de la plaque de l’oursin à l’aide de nouvelles méthodes de conception et de simulation sur ordinateur, ainsi que de méthodes de fabrication contrôlées par ordinateur pour la mise en œuvre de son bâtiment. Une innovation particulière consiste en la possibilité d’étendre efficacement les principes bioniques reconnus et les performances associées à une gamme de géométries différentes par le biais de processus de calcul, ce qui est démontré par le fait que la morphologie complexe du pavillon pourrait être construite exclusivement avec des feuilles de contreplaqué extrêmement minces. (6,5 mm).
SYSTÈME BIOLOGIQUE
Le projet vise à intégrer la capacité performative des structures biologiques dans la conception architecturale et à tester les systèmes matériaux spatiaux et structuraux résultants à grande échelle. L’accent a été mis sur le développement d’un système modulaire qui permet un haut degré d’adaptabilité et de performance en raison de la différenciation géométrique des composants de la plaque et des articulations digitales fabriquées de manière robotique. Lors de l’analyse de différentes structures biologiques, la morphologie du squelette de la plaque du dollar des sables, une sous-espèce de l’oursin (Echinoidea), est devenue d’un intérêt particulier et a par la suite fourni les principes de base de la structure bionique réalisée. La coque squelettique du dollar de sable est un système modulaire de plaques polygonales, reliées entre elles par des saillies en calcite à la forme de doigts. La capacité de charge élevée est obtenue par la disposition géométrique particulière des plaques et leur système de liaison. Par conséquent, le dollar des sables constitue le modèle le plus approprié pour les coques en éléments préfabriqués. De même, les joints à doigts traditionnels généralement utilisés en menuiserie comme éléments de connexion peuvent être considérés comme l’équivalent technique des saillies en calcite du dollar de sable.
TRANSFERT DE MORPHOLOGIE
Suite à l’analyse du dollar de sable, la morphologie de la structure de ses plaques a été intégrée dans la conception d’un pavillon. Trois bords de plaque se rencontrent toujours en un seul point, principe qui permet la transmission des forces normales et des forces de cisaillement, mais pas de moments de flexion entre les joints, ce qui donne une structure à la fois flexible et déformable. Contrairement à la construction légère traditionnelle, qui ne peut être appliquée que pour charger des formes optimisées, ce nouveau principe de conception peut être appliqué à une large gamme de géométries personnalisées. Le potentiel élevé de cette approche en matière de légèreté est évident, car le pavillon ne peut être construit qu’en feuilles de contreplaqué de 6,5 mm d’épaisseur, malgré sa taille considérable. Par conséquent, il avait même besoin d’un ancrage au sol pour résister aux charges d’aspiration du vent.
Outre ces principes de construction et d’organisation, d’autres propriétés fondamentales des structures biologiques sont appliquées dans le processus de conception informatique du projet:
Hétérogénéité: La taille des cellules n’est pas constante mais s’adapte à la courbure et aux discontinuités locales. Dans les zones à faible courbure, les cellules centrales mesurent plus de deux mètres de haut, tandis qu’au bord elles n’atteignent que un demi-mètre.
Anisotropie: Le pavillon est une structure directionnelle. Les cellules s’étirent et s’orientent en fonction des contraintes mécaniques.
Hiérarchie: le pavillon est organisé en une structure hiérarchique à deux niveaux. Au premier niveau, les joints des doigts des feuilles de contreplaqué sont collés pour former une cellule. Au deuxième niveau hiérarchique, une simple connexion à vis relie les cellules, permettant ainsi l’assemblage et le désassemblage du pavillon. Au sein de chaque niveau hiérarchique, seules trois plaques – respectivement trois arêtes – se rencontrent exclusivement en un point, assurant ainsi des arêtes flexibles pour les deux niveaux.
CONCEPTION INFORMATIQUE ET PRODUCTION ROBOTIQUE
Pour la conception, le développement et la réalisation de la morphologie complexe du pavillon, il est indispensable de disposer d’une boucle d’information numérique fermée entre le modèle de projet, les simulations par éléments finis et la commande numérique par ordinateur. La recherche de forme et la conception structurelle sont étroitement liées. Un schéma d’échange de données optimisé a permis de lire de manière répétée la géométrie complexe dans un programme d’éléments finis afin d’analyser et de modifier les points critiques du modèle. En parallèle, les assemblages collés et boulonnés ont été testés expérimentalement et les résultats ont été inclus dans les calculs de structure.
Les plaques et les articulations des doigts de chaque cellule ont été produites avec le système de fabrication robotique de l’université. En utilisant des routines programmées sur mesure, le modèle de calcul a fourni la base pour la génération automatique du code machine (NC-Code) pour le contrôle d’un robot industriel à sept axes. Cela a permis la production économique de plus de 850 composants géométriquement différents, ainsi que de plus de 100 000 joints à doigts librement disposés dans l’espace. Après la production robotisée, les panneaux de contreplaqué ont été assemblés pour former les cellules. L’assemblage des modules préfabriqués s’est déroulé sur le campus municipal de l’Université de Stuttgart. Tous les travaux de conception, de recherche, de fabrication et de construction ont été réalisés conjointement par des étudiants et des chercheurs du corps professoral.
Le pavillon de recherche a été l’occasion d’étudier des méthodes de construction bionique modulaire utilisant des surfaces de formes libres présentant des caractéristiques géométriques différentes tout en développant deux entités spatiales distinctes: un grand espace intérieur avec une couche interne poreuse et une grande ouverture, faisant face à la place publique située entre les bâtiments de l’Université, et un espace interstitiel plus petit, enveloppé entre les deux couches, qui présente la logique constructive de la coque à double couche.
CONCLUSION
Le pavillon de recherche réalisé en 2011 est-il une architecture paramétrique?
Avec certitude, la réponse sera positive et pourquoi?- Parce qu’une architecture paramétrique est une approche innovante qui permet de générer des formes à géométrie complexe à partir de l’exploitation d’une grande quantité de données. De pus, on pourrait dire que ce pavillon est une architecture paramétrique parce qu’il questionne le nouveau rôle de l’architecte et du designer qui ne sont plus des simples créateurs de formes et d’espaces, mais plutôt des coordinateurs d’un processus organique et complexe capable d’interpréter et de transformer les données.