Eléments simples, formes complexes - L'invention d'une tectonique numérique

Rédigé par Stéphane BERTHIER
Publié le 02/09/2017

Exposition "Timber Project", EPFL, 2005 par Yves Weynand et Hani Buri. Le prototype en panneaux de LVL "Tress Arc" exploite l'élasticité du matériau.

Dossier réalisé par Stéphane BERTHIER
Dossier publié dans le d'A n°256 Une nouvelle génération de chercheurs, architectes, ingénieurs, mathématiciens, explore les possibilités de construction des architectures dites « non standard » qui ont émergé à la fin du XXe siècle avec l’apparition de l’informatique. Après le formalisme virtuel des premières heures, ces universitaires réinterrogent cette production à partir de ses conditions de réalisation. Ils inventent un registre architectural original, tectonique. Leurs travaux s’appuient désormais sur la constitution d’un continuum numérique, de la conception à la fabrication robotique, qui transforme profondément le caractère séquentiel de l’acte de bâtir.

Dans un article paru en 2012, intitulé « The Tectonics of Timber Architecture in The Digital Age1», Hani Buri et Yves Weinand, directeur du laboratoire IBOIS à l’EPFL,énoncent l’avènement d’un nouvel âge digital de la construction, après l’âge de l’artisanat et celui de l’industrie. Le titre fait référence à la notion de tectonique, forgée à partir de la racine grecque tekton, étymologiquement « le charpentier ». Elle est un héritage de la théorie de l’architecture allemande du XIXe siècle, développée par Karl Bötticher puis par Gottfried Semper2. Leur quête était celle d’une ontologie de l’architecture qui ne chercherait plus en dehors d’elle-même ses motifs d’expression. L’architecture ne devait plus être un simple support à une ornementation extérieure, mais exprimer ses dispositifs constructifs propres, être avant tout un « art de bâtir ». Ce concept de tectonique a été revisité en 1995 par l’historien et critique d’architecture américain Kenneth Frampton pour offrir une nouvelle lecture de l’architecture moderne, qu’il estimait être trop souvent analysée sous le seul angle de sa spatialité3. Si l’architecture moderne a revendiqué une disparition de l’ornementation surajoutée, ce crime dont parlait Adolf Loos, elle lui a en réalité proposée une nouvelle forme, dans l’expression du « détail constructif ». Selon Kenneth Frampton, la tectonique n’est pas qu’une simple affirmation de la construction, souvent pauvre et muette ; c’est un art de la fabrication qui exploite le potentiel d’expression poétique, tactile et sensoriel de la matière, des outils et des métiers de sa mise en oeuvre. L’ironie de l’histoire est que l’ouvrage de Kenneth Frampton Studies in Tectonic Culture polarisait à l’époque le débat universitaire américain en s’opposant à City of Bits de William J. Mitchell, paru la même année, et qui annonçait l’avènement d’une nouvelle ère de l’architecture, numérique, virtuelle et dématérialisée. Considérant ce caractère virtuel et inconstructible des architectures non standard issues des premiers outils informatiques, Yves Weinand et Hani Buri se donnent l’objectif, non pas d’inventer un set de solutions d’ingénierie au service de ces formes étranges, mais de les revisiter entièrement à partir de leurs problématiques constructives. Jugeant intellectuellement insatisfaisantes les méthodes constructives qui procèdent par saucissonnage des formes complexes, ou encore par décomposition en facettes grossières, ils proposent une approche synthétique des questions morphologiques et des questions constructives. Leurs recherches visent à définir des modalités de discrétisation algorithmique de ces surfaces complexes, pour pouvoir les réaliser à partir de petits éléments répétitifs dont l’assemblage formerait des structures spatiales ou « réciproques ». Ces structures présentent selon eux un état d’équilibre ou d’adéquation entre formes, schémas statiques et modalités constructives. L’enjeu est autant d’inventer des modes constructifs adaptés aux formes de l’architecture non standard que d’inventer les formes de celle-ci, à partir de modalités constructives nouvelles, dans une logique de consubstantialité. 

 

« Timber Project » 

Yves Weinand et Hani Buri énoncent ainsi une tectonique de l’âge numérique (tectonics of digital age) comme objectif prioritaire de leurs recherches. L’exposition « Timber Project » rassemblait déjà en 2005 des expérimentations de modes constructifs originaux, imaginés à l’EPFL dans le cadre d’ateliers de projet d’architecture, en cycle de Master. « Timber Project » présente ainsi une synthèse de cinq années de travaux, entre 2000 et 2005, sous forme de maquettes à grande échelle, comme autant d’hypothèses exploratoires de ces nouvelles manières de construire. Ces pistes testent les capacités morphologiques et mécaniques de structures spatiales tressées, tissées ou plissées. Les deux premières exploitent l’élasticité du matériau tandis que la troisième tire partie des panneaux de bois contrecollé très résistants que l’industrie sait désormais produire dans des dimensions architecturales. Étonnamment, ces modes constructifs procèdent par transferts vers l’architecture des savoirs et savoir-faire textiles (vannerie, tissage, tricot) et de l’origami japonais, tous issus de cultures artisanales, dont les artefacts portent en eux la mémoire du geste qui les a créés, qualité typiquement tectonique. L’IBOIS se propose de les réinterpréter avec les moyens numériques contemporains, à l’échelle de l’architecture. Les structures tressées telles que Tress Arc exploitent l’élasticité des grands panneaux de lamibois (LVL ou Laminated Veener Lumber en anglais). Elles expérimentent la résistance des forces de friction ou de frottement, essentielles dans la vannerie, mais qui sont actuellement difficiles à prendre en compte dans les modes de calcul conventionnels. De même, le projet Continuity Tridimensionality est une structure spatiale qui évoque l’entrelacement du ruban de Möbius. Elle est faite d’une nappe tressée de quatre boucles constituées de trois lames chacune, qui se croisent en un motif carré à son sommet. Ces recherches exploratoires et empiriques menées initialement dans un studio d’architecture sont aujourd’hui développées sous forme de thèses de doctorat dans le but de les caractériser scientifiquement. 

 

La chapelle Saint-Loup 

L’autre domaine de recherche porte sur les structures plissées, à la manière des origamis japonais. Elles sont faites de plaques de bois contrecollé (CLT ou Cross Laminated Timber en anglais) très minces en proportion de leur portée. La structure tire sa résistance des plis dont elle est formée. Le prototype de la chapelle Saint- Loup à Pompaples, dans le Jura suisse, réalisé en 2008 démontre la faisabilité de ce type d’approche. Il s’agit d’une petite structure plissée irrégulière dont le développé s’inscrit dans un plan rectangulaire. Poursuivant la référence aux origamis, les deux cours de plis perpendiculaires permettent de décrire une nef intéressante, plutôt basse et large au niveau de l’entrée des fidèles et étroite et haute à l’autre extrémité, où est installé l’autel. Cette particularité est la conséquence directe d’un développé rectangulaire : plus les élévations sont hautes, plus le toit est étroit et vice versa. Les plis irréguliers rythment l’espace architectural et sa lumière naturelle, tout en définissant sa structure et son enveloppe. Cette construction est réalisée en panneaux de CLT, de 40 mm d’épaisseur pour les murs et 60 mm pour la toiture qui présente une portée maximale de 9 m. Son modèle informatique unique a servi à la génération de la forme, à son dimensionnement structurel et à la conception des assemblages. Puis il a été traduit en code d’usinage (G-code) pour la découpe sur une machine à commandes numériques. Les différents panneaux constituant chacune des faces de cette structure plissée sont réalisés en panneaux de bois contrecollés, assemblés à coupe d’onglet selon les différents angles déterminés par les pliages. Toutefois, les assemblages y sont encore assurés par de fines platines métalliques continues, sur toute la longueur des plis. En revanche, les derniers travaux du laboratoire permettent désormais de s’affranchir de ces platines métalliques pour relier les panneaux entre eux. 

 

Le pavillon de Mendrisio 

En effet, l’IBOIS a présenté en 2013 un nouvel édifice démonstrateur sous la forme d’un pavillon exposé à l’école d’architecture de Mendrisio. Ce prototype explore les propriétés architecturales et techniques de structures plissées faites d’éléments courbes s’assemblant sur leurs arêtes cintrées, grâce à des découpes à queue d’aronde minutieusement adaptées à la complexité géométrique de la situation. Le pavillon de Mendrisio est un simple portique de 13,5 m de portée par 4 m de largeur pour 3 m de hauteur utile. Les panneaux de bois contrecollé de 77 mm qui le composent présentent tous le même rayon de courbure pour des questions d’économie de réalisation à partir d’un moule unique. Le toit de ce portique est réalisé en trois parties : les deux panneaux courbes d’extrémités, convexes, s’assemblent avec le panneau central, concave. Les deux pignons présentent une courbure concave qui assure la stabilité de l’édifice dans toutes les directions. La double courbure inversée de la toiture offre une rigidité maximale au regard de sa flèche. Les panneaux de bois contrecollés ont été réalisés par l’entreprise allemande Merk. Cinq lits croisés de planches de 15,4 mm ont été collés successivement puis pressés pour former ces panneaux de 77 mm d’épaisseur. Le croisement des fibres du bois a garanti une excellente stabilité de la courbure après pression, sans élasticité résiduelle. Ces panneaux courbes ont ensuite été découpés et usinés sur un centre de taille à commandes numériques pour réaliser des découpes des liaisons à queue d’aronde. De la sorte, l’assemblage n’est plus un tiers élément qui unit les deux premiers mais une singularité de la découpe de chaque panneau. Il offre la possibilité architecturale de lignes élégantes évoquant les savoir-faire de la menuiserie. Ces assemblages « intégraux » offrent aussi de bonnes caractéristiques mécaniques en répartissant les efforts sur toute la longueur de l’arête, tandis que les éléments métalliques ont tendance à concentrer les efforts sur des points particuliers très sollicités. D’autre part, les équerres métalliques utilisées lors de la construction de la chapelle Saint-Loup étaient inadaptées à une configuration de lignes d’arêtes courbes. 

 

Ceci ne tuera pas cela 

On peut toutefois douter que ces recherches témoignent de l’avènement d’un nouvel âge digital qui remplacerait l’âge industriel comme ce dernier aurait remplacé l’âge artisanal. Ces prototypes sont réalisés comme des pièces uniques sur des machines numériques, mais ils exploitent des matériaux hautement industriels comme les panneaux de CLT ou de LVL. Les machines elles-mêmes, comme la plateforme numérique qui les exploite, sont les fruits des développements de l’industrie, dans une perspective d’amélioration de la productivité avant tout. Enfin, les modes constructifs textiles ou plissés expérimentés sont des transferts de savoirs et savoir-faire de domaines artisanaux. Alors, plutôt que d’y voir une nouvelle ère qui effacerait le passé, il est sans doute préférable d’interpréter cet âge digital comme une période de coexistence entre des régimes techniques différents, une période de nouvelles égalités, libérée de l’impératif de standardisation de l’industrie du XXe siècle. 


Lisez la suite de cet article dans : N° 256 - Septembre 2017

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