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ARCHITECTURE HYBRIDE 9/10 : LE RÔLE DES LOGICIELS DE CALCUL

parametric design, architecture and art

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Les logiciels de calcul de structure tendent de plus en plus à réduire la séparation entre virtuel et réel (?).
L”amélioration toujours croissante de la qualité des interfaces graphiques des logiciels autorisent une plus grande liberté de conception architecturale. La conception des formes (virtuel) peut être assurée en parallèle de leur vérification structurelle (réel) grâce à la modélisation des concepts par l”intégration dès l”initiation du projet des limites physiques des matériaux. Le comportement réel d”éléments structurels présentant des surfaces complexes n”est pas appréhendable dans sa globalité par les logiciels de modélisation gérant la géométrie seule, tels que Rhino. Les logiciels de calcul, comme Straus7 utilisé chez HDA, permettent d”associer des lois physiques au modèle virtuel de Rhino pour en définir les contraintes techniques.
L”image ci-dessous montre la complémentarité et la nécessité des deux outils de modélisation utilisés dans l”agence HDA. Ceux-ci ont permis l”étude parallèle de la dévelopabilité des surfaces (Rhinoceros) et de la stabilité structurelle de forme (Straus7) des panneaux en acier inoxydable fins servant de peau externe sur le tourbillon de la Philharmonie de Paris.

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Projet: Philarmonie de Paris | Arch. Jean Nouvel

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De plus, l”hybridation du virtuel et du réel, avec des niveaux d”interpénétration grandissants et dans un processus d”optimisation poussé, ne devient possible que lorsque les outils de modélisation s”appuient sur des processus itératifs dont les résultats tendraient vers une forme optimisée en termes d”architecture et de performances structurelles (forme utile, intelligente) : “contraintes architecturales caractéristiques physico-mécaniques des matériaux = forme utile hybride”.
La forme et son utilité structurelle peuvent devenir indissociables. Plusieurs travaux récents ont permis le développement d”outil de recherche de forme (travaux sur le “form finding” dont l”un des pionniers est Frei Otto ). Les applications premières concernent l”étude de structures tendues, c”est à dire n”autorisant que des efforts internes de traction (aucune capacité en flexion ou en compression). Les structures textiles (toile) ou en réseaux de câbles sont au cœur de cette problématique. Elles n”ont de sens que si la forme qu”elles génèrent est auto stable. Les forces internes du système global sont à l”origine d”une forme en équilibre dans l”espace (double courbure, voir exemple ci-dessous). Dans le processus calculatoire complet (dimensionnement final de l”ensemble des éléments structurels), l”étape intermédiaire de recherche de forme représente littéralement une phase hybride : les méthodes de calcul développées (méthode matricielle, densité de force, relaxation dynamique ) s”appuient sur un procédé virtuel visant à rechercher la géométrie ayant une stabilité structurelle réelle.

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Mais le concept de recherche de forme peut être étendu à l”ensemble des concepts structurels dans un souci d”optimisation structurelle : trouver une forme où la matière est placée de manière utile – toute partie a une nécessité structurelle. Nous utiliserons ainsi dans la conclusion de ce texte la formulation “La forme est structure et la structure est forme”. Dans ce processus d”optimisation de forme, les caractéristiques mécaniques et physiques des Just after 3pm PST, justin-bieber-news.info tweeted “OMG– cops at house, want to arrest the bieb re: those neyo songs PLS RT!!” By 3:12pm, a now-routine “online singing” arrest had become a tweenage riot. matériaux employés doivent être intégrées – bonne capacité en traction (corde, câble, toile), en compression (béton, fonte, maçonnerie, brique), en flexion (acier, bois), légèreté, ductilité… – mais aussi leurs composantes architecturales – aspects visuel, toucher, lumière… La recherche de forme et le concept structurel adopté doivent être en mesure d”assurer que la matière physique est placée où on en a besoin et enlevée où elle est inutile, mais qu”elle remplit en même temps au mieux les contraintes architecturales.

Toutefois, bien que ces outils numériques soient de plus en plus complets, l”humain demeure indispensable. La modélisation numérique suppose un caractère fini et discret de la matière (calculs aux éléments finis ). Par opposition, la matière physique, réelle, sous-entend une représentation infinie, tout du moins jusqu”à l”échelle atomique. Les limitations des performances des machines de calcul ne peuvent prétendre représenter le caractère continu de la matière. Le grand écart entre les deux niveaux d”échelle microscopique / macroscopique ne peut être représenté fidèlement par les outils de calcul dont les formulations mathématiques de base sont par essence finies. Les formulations aux éléments finis sont basées sur un découpage en maillage de la matière simulée. Plus les modèles veulent se rapprocher de la réalité, plus ils deviennent complexes et ingérables, tant par les machines que par les utilisateurs.
Les modélisations pertinentes s”inscrivent dans l”échelle de temps de conception des projets (semaines, mois voire quelques années). L”utilisation sensée des outils de modélisation numérique dans ce cadre temporel n”est alors envisageable que si les utilisateurs / modélisateurs / concepteurs ont la capacité de maîtriser l”application d”hypothèses simplificatrices (assurant une meilleure gestion des modèles, des temps de calcul…) permettant ainsi une représentation suffisamment fidèle et fine au regard des exigences constructives.

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Dans ce contexte là, le concepteur doit avoir la connaissance des techniques de modélisation : données d”entrée, interprétation des sorties (résultats). La connaissance des matériaux (caractérisation en données chiffrées), des conditions de liaisons et des limites des modèles (points critiques, forts gradients internes…) est indispensable. De plus, le développement continuel d”éléments finis spécifiques (poutre, câble, bielle – 1D -, plaque, membrane, plaque à déformations ou contraintes planes – 2D -, tétraèdre, hexaèdre – 3D -) a permis de faire évoluer les outils numériques de calcul et autorise ainsi la possibilité de modéliser des structures de caractéristiques et de conceptions de plus en plus variées.
En parallèle, l”analyse de formes extrêmement complexes est aujourd”hui devenue possible grâce au développement d”outils de création de maillage automatisés capables de discrétiser des domaines continus (tirés des surfaces architecturales) et pouvant adapter la finesse du maillage en fonction de l”importance du gradient de la quantité à mesurer. L”évolution de ces typologies d”algorithmes a également permis le développement d”outils complémentaires de maillages adaptatifs et évolutifs capables de déplacer les zones de maillage densifiées selon l”évolution temporelle des champs des quantités physiques à étudier . Mais, tous ces outils de plus en plus innovants et performants ne peuvent être utilisés sans un niveau de connaissance et d”expérience suffisant, source de pertinence accrue des modélisations. Une absence de recul et de jugement critique suffisant pour assurer une interprétation pertinente des résultats, dont la complexité croit directement avec la finesse des modélisations, peut être à l”origine d”erreurs de conception.

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Projet: Passerelle de la Roche sur Yon | Bernard Tschumi et Hugh Dutton

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Ce texte est un extrait adapté de l”article Architecture Hybride: espaces sensibles et nouvelle conception. Credits article: Francesco Cingolani, Pierre Chassagne, agence HDA | Hugh Dutton Associés

“Architecture Hybride” est une série de 10 post que nous proposons tout les jeudis; voici les post des jeudis passés:

ARCHITECTURE HYBRIDE 1/10 : Espaces Sensibles et Nouvelle Conception

ARCHITECTURE HYBRIDE 2/10 : VERS UN NOUVEAU PARADIGME – LE MODELE APERTURE(S)ARCHITECTURE HYBRIDE 3/10 : ESPACES HYBRIDES

ARCHITECTURE HYBRIDE 3/10 : ESPACES HYBRIDES

ARCHITECTURE HYBRIDE 4/10 : ESPACES SENSIBLES

ARCHITECTURE HYBRIDE 5/10 : L”HOMME AU CENTRE DU NOUVEL ESPACE PUBLIC RELATIONNEL

ARCHITECTURE HYBRIDE 6/10 : HYBRIDITÉ, CONCEPTION ARCHITECTURALE, DESIGN

ARCHITECTURE HYBRIDE 7/10 : LES OUTILS DE CONCEPTION

ARCHITECTURE HYBRIDE 8/10 : LA DÉMARCHE DE CONCEPTION HYBRIDE

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