Comment l’outil paramétrique permet-il l’élaboration de structures temporaires transposables ?

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Quaternion Design – Qu’est ce que c’est ?

Quaternion est une agence fondée en 2016 par deux architectes (Simon Hulin et Mathieu Sudres) basée à Toulouse. Celle-ci est composée d’architectes et d’ingénieurs.

Leur objectif : Utiliser la conception paramétrique afin de permettre la fabrication de structures éphémères, transposables et adaptables à l’événement souhaité

La méthode : Le système Gridshell

Le domaine : Structures installées dans l’architecture événementielle

(Exemples de réalisations de l’agence en fin d’article)

« Nos architectures éphémères apportent une valeur ajoutée, un supplément d’âme à un événement. Attractives, elles valorisent l’image de marque en personnalisant le lieu » commente Mathieu Sudres, co-dirigeant de l’entreprise. « Nos formes sont réalisées sur-mesure mais fabriquées à partir d’un processus standardisé. En quelque sorte, on fait de la haute-couture prête à porter. »

Citation d’un des dirigeants de l’agence, M.SUDRES, durant une présentation pour l’un des groupes subventionnant le projet EKILAYA (Région Occitanie)

Le site de l’agence Quaternion

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L’architecture avec les gridshells

Tout d’abord, pour mettre en œuvre ses architectures, l’agence utilise un système existant depuis des années, et l’on remanié afin de se l’approprier et l’adapter à l’architecture qu’ils prônent. Ainsi, Quaternion exploite la technologie des gridshells. Ce terme désigne une coque discrète obtenue par déformation élastique d’une grille (en trois axes). Appliqué à des structures, la grille possède la forme et la rigidité d’une coque à double courbure grâce à un treillis (le plus souvent en bois, acier ou composite). La grille est articulée à chaque nœud, qui lui permet une résistance et déformation facile. Pour obtenir cette résistance, une barre est ajoutée dans une troisième direction et permet de fabriquer le contreventement de la structure. De base, ce type d’assemblage permet d’assembler la grille à plat puis de la soulever avec des grues. Aujourd’hui, les grilles de grandes envergures sont assemblées directement sur des étais (pour atteindre des formes plus complexes).  Les premières structures sont dessinés empiriquement à l’aide de maquettes suspendues : ainsi elles prennent la forme naturellement et résistes à une charge uniforme et répartie. Celle-ci correspond à la méthode du « filet inversé ».

La première grid shells est apparue en 1896 par l’ingénieur Russe Vladimir Choukhov lors de la construction des pavillons d’exposition durant les expositions industrielles-artistiques de Russie.

Au cours du temps, ce système de grille sera reprit au cours du 20ème siècle et longuement étudié. On attribue notamment à Frei Otto, le Gridshell, car l’un des pionniers avec son travail scientifique sur ces coques légères et discontinues.

Il réalisa en 1975 en collaboration avec des ingénieurs la toiture d’une halle à Mannheim (Allemagne). Celle-ci s’implante dans un parc, le Mannheim Hergoenried et permet d’accueillir en dessous la salle polyvalente. La structure a été conçue par Frei Otto comme une poutre en treillis incurvée et il s’agit là de la plus grande construction de coques en treillis en bois au monde (de l’époque). Le multi-hall est considéré comme une œuvre majeure de l’architecture, notamment pour son système de gridshell.

Plus généralement, les gridshells en bois de grande portée sont construites en disposant les éléments de lattes principales à plat dans un réseau et en les déformant pour obtenir la forme aux double courbures. Pour cela deux méthodes interviennent. L’une en poussant les éléments du sol, ou bien en disposant le grillage sur une forme, pour que la grille en épouse les formes et qui sera retirée par la suite pour laisser les lattes des courbes s’installer. [Figure ci-dessous]

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Le concept EKILAYA

Dans l’objectif de partir du système de Gridshell, l’agence a souhaité mettre en place un nouveau système, se basant sur un concept déjà établi. De ce fait, ils ont souhaité partir de la forme du gridshell, pour développer leur propre forme par la suite. C’est ce que nous allons voir par la suite.

EKILAYA | Concept – Conception

L’agence a donc mis au point un système, basé sur le « Gridshell », tout en se l’apprivoisant. Ainsi ils ont fait recours à l’outil informatique, pour gagner en précision et obtenir des formes très variées. Ekilaya est donc pour eux la première architecture en bois éphémère, modulable et réutilisable. Celle-ci est une gamme de structure aux applications variées en intérieur comme en extérieur, avec un potentiel d’adaptation à chaque installation et avec l’intégration de couverture et de systèmes de fermetures.

De cette manière, l’entreprise a pu développer un squelette, où l’on y attribue des contraintes, permettant de faire évoluer la forme tout en tant conservant une suite logique et une structure fiable (Grâce à la conception de leur propre logiciel). Celui-ci est donc pensé de manière numérique grâce à un maillage permettant de former une grille élastique.

Tout d’abord, voici comment la forme est mise en place et le concept installé. Une fois la forme choisie et définie dans grasshopper, l’élaboration des détails de liaisons, les ancrages au sol, la toile ainsi que les différents plans ont été traités dans l’environnement 3D Rhinocéros. Ainsi cette chaîne numérique leur permet un travail collaboratif entre architectes et ingénieurs tout en bénéficiant d’un gain de temps pour l’élaboration et la construction par la suite.

Voici un extrait de la modélisation Grasshopper/Rhinocéros, entre algorithme et visualisation 3D

EKILAYA | Conception personnalisable – Modulaire et réutilisable – Architecture durable

L’objectif de cette grille est double. D’une part le principe constructif étudié, il permet de créer une structure, modulaire qui pourra être démontée, et réutilisée sur un autre évènement. Et d’autre part, la fabrication d’un espace, ouvert mais couvert, accueillant à l’intérieur tout type d’événement. Ainsi la structure de ce système est pensé durant la phase conception de sorte à permettre par la suite une préfabrication en atelier, et une installation rapide sur site.

Voici notamment une vidéo explicative du principe énoncé par l’agence.

ÉTAPES DE MODELISATION : Élaboration d’un modèle au sol – Transformation en un maillage – Ajout de points d’accroches fixes – Mise en tension de la grille, générant un volume  à courbures variables – Dessiner la surface au sol et son emprise – Analyse des différents éléments – Ajout d’une toile par dessus pour couvrir le tout

http://Ekilaya – Gridshell from Quaternion on Vimeo.

EKILAYA |  La Mise en oeuvre

Une fois la grille conçue, celle-ci est testée, sous forme de prototype. Pour ce faire, elle est en fait entièrement montée à plat pour être par la suite soulevée en différents points et en définir la forme. En voici quelques paramètres.

Matériaux : Bois (Frêne) / Acier / Cordage

Temporalité : Conception (6 mois) / Préfabrication (2 semaines) / Réalisation/Montage (2 jours)

Dimensions : Variable de 40 à 200 m²

Détail : Chaque pièce peut être réutilisée dans une autre structure

http://Levage d’une structure Gridshell Ekilaya from Quaternion on Vimeo.

EKILAYA | La composition

Le système est définit et variable à la fois, puisqu’il peut s’adapter selon les besoins, avec différents matériaux. Les différentes superpositions :

1. Structure en frêne

2. Contreventement par cordage, pour la stabilité de la structure

3. Parois, (variables selon l’installation) Verre/toile/bois. Permet de fermer l’espace intérieur

4. Couverture en toile ou ardoise personnalisable

5. Plancher

6. Ancrage (Suivant les différents sols) Plancher/Terre/Béton

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La conception de structure [Exemple]

Grâce à son système élaboré, l’agence a pu mettre en place et réaliser différents projets utilisant ce système. En voici quelques-uns.

Ci-dessus : La grille est renversée en diagonale, ce qui forme un espace en longueur à deux entrées.

Sur ce pavillon JPO, l’on constate trois points d’appuis, fabriquant un lieu plus ouvert et aéré. On y distingue donc différents espaces avec des expositions d’un côté, une membrane translucide qui recouvre le pavillon et disparaît pour révéler la structure depuis l’extérieur. L’intérieur est donc souligner par la géométrie de l’ossature définissant les limites du volume.

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Avis de l’auteur

Selon moi, la méthode que met en place l’agence est très intéressante car celle-ci est polyvalente. En effet, les structures crées sont réutilisés et remodelés selon les lieux et usages désirés, ce qui fait la force du projet selon moi. Les apports de lumière et d’ouvertures peuvent être variable ce qui procure différents espaces et une pluralité de dispositions. De plus, le caractère éphémère des structures rend le concept plus dynamique, car il s’agit là de faire varier la grille à travers l’architecture paramétrique, et obtenir des formes diverses selon les besoins.  L’utilisation de logiciels paramétriques, comme peut l’être Grasshopper permet une flexibilité des structures, et une facilité de transformation, ce qui ne serait pas nécessairement aussi facile avec un dessin manuel. La qualité qu’apporte le logiciel est de faire varier certains paramètres, qui permettent d’obtenir une forme. Celle-ci une fois modélisée peut être relayé directement avec les entreprises pour en extraire les plans nécessaires à sa fabrication et ainsi avoir un dialogue et travail allant dans la même direction car la forme possède tous les détails nécessaires à son élaboration. La grille est donc unique en son genre et peut être fabriquée dans un court délais. Cela renforce selon moi le lien entre la partie conception et la partie réalisation.

 

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Sources