Concevoir des structures, Fiche de cours

Titre de l’enseignement : Concevoir des structures
Niveau : Licence
Type de cours : Cours magistral (ex cathedrae)
Durée : 1h30 (format conférence) / 4x1h (format court) / 5x1h30 (format long)
Langue : Fr

Mots-Clefs : Principes structurels, Systèmes structurels, Conception de structure, Statique.

Résumé

Qu’elle soit visible ou cachée, massive ou « en filigrane », le choix de la structure pour un projet d’architecture accompagne le dessin de sa forme et de ses espaces. Ce cours propose un parcours parmi les systèmes structurels usuels, en humanisant l’approche typologique et systématique émise par H.Engels.

Contenu

L’introduction du cours Concevoir des Structures porte sur le rapport entre l’aspect mécanique et l’aspect spatial lors de la conception d’un tel système. Il en résulte que son dessin est contingenté, et que sur un tout autre plan, la prise en compte de ces mêmes contingences ouvre à la mise en oeuvre de plusieurs programmes esthétiques devenus classiques au fil des siècles. À travers ces derniers, la forme gagne en expressivité tout en se positionnant vis-à-vis des principes statiques et des phénomènes naturels qui les ont vus apparaître.

La division en quatre chapitres de ce cours correspond à quatre manières de rediriger les forces dans un système structurel. Un rappel de statique introduit chacun de ces chapitres, puis à la description générale des types de structures considérés s’ensuit un focus sur l’une d’entre elles.

  • Forme-Active : L’adaptation aux forces, travaillant exclusivement en traction ou en compression dans la structure. Ce chapitre traite des structures en câbles, réseaux de câbles à travers des exemples de passerelles dessinées par l’ingénieur Jurg Conzett. En son milieu, l’on inverse la courbe funiculaire pour détailler les structures en arche et voûtes soumises à la compression seule, illustrées par la construction de voûtes catalanes en début de siècle par Rafael Gustavino.
  • Vecteur-Actif : La division des forces, travaillant en traction et en compression au sein de la structure. Ce chapitre traite des charpentes, progressant des systèmes pensés en plans aux treillis spatiaux. Cette progression est accompagnée par l’essor successif des fermes Polonceau et Ardant pour la couverture de bâtiments publics, par les charpentes bois de ponts et d’églises construites par les frères Grubenmann dans le canton d’Appenzell au XVIII^e^, par les cerfs-volants de Graham-Bell découvrant les bienfaits de la cellule tétraédrique.
  • Section-Active : Le confinement des forces, travaillant en flexion dans la structure. Ce chapitre traite des portiques, des structures les plus répandues et les plus usuelles. Il se distingue des 3 autres en proposant un ensemble d’exercices interactifs sur le logiciel PushMePullMe, un simulateur de physique en temps réel.
  • Surface-Active : La dispersion des forces, se répartissant selon des contraintes membranaires. Ce dernier chapitre traite des coques et voiles minces, mettant en perspective les questions de formes et de contingence de leur dessin abordées dans l’introduction et dans le premier chapitre. Le sujet se déplie à mesure que l’on considère des surfaces plus complexes, allant de la simple courbure, passant par la double jusqu’à discuter des surfaces de forme libre. Derrière cette progression, l’on peut lire en filigrane l’impact des dernières théories de calcul statique dans la conception et la possibilité de réalisation de ces formes. Soit en considérant les dômes de Schwedler et de l’observatoire Zeiss, les voiles minces d’Amérique du Sud avec Eladio Dieste/Felix Candela et les ouvertures que nous laissent percevoir les avancées scientifiques par des équipes de recherches tels le Block Research Group (BRG)

La conclusion porte sur le dessin d’hybrides structurels, invitant à dépasser cette classification une fois plusieurs systèmes mis en oeuvre et maîtrisés.

Compétences requises

  • Rudiments en statique ;
  • Notions en conception de projet architectural.

Acquis de la formation

  • Différencier les différents modes de sollicitations d’une structure ;
  • Comprendre le déploiement d’une grille d’analyse sur un corpus de bâtiment ;
  • Identifier le type d’un élément au sein d’une classification ;
  • Reconnaître les aspects d’originalité d’œuvres architecturales par le système structurel mis en œuvre.

Bibliographie synthétique

  • Engel, Heino. Structure Systems. 3ᵉ éd. Ostfildern: Hatje Cantz, 2007.
  • Deplazes, Andrea, Leo Bietry, et Helene Cheminal. Construire l’architecture : Du matériau brut à l’édifice. 2eme ed. augmentée. Basel: Birkhauser, 2013.
  • Muttoni, Aurelio. L’art des structures: Une introduction au fonctionnement des structures en architecture. 2ᵉ éd. Lausanne: PPUR, 2012.
  • Von Meiss, Pierre. De la forme au lieu. Une introduction à l’étude de l’architecture. 5th éd. Presses Polytechniques et Universitaires Romandes (PPUR), 1993.
  • Logiciel PushMePullMe (G. Senatore, 2014?) : https://expeditionworkshed.org/workshed/push-me-pull-me/