Y.A.T: A.D.D.D.P.A.M

TPFE ENA Marrakech

2021/2022

Travail de : Alabdallaoui Younes

Encadrante : Pr. Boudda Amina

Co-encadrant Pr. Massimiliano Martino

Jury composé de : Pr.Giovanni Santi

Pr. Mounaji Jamal

Dédicace :

Amesparents,quim’aimentinconditionnellement, etquim’ontsupportétoutaulongdemessixans enarchitecture,etàmessœurs,Chaimaaqui m’encouragetoujours,etNouhaetSalmaau quellesjesouhaitedonnercourageetinspiration

Préface :

En études d’architecture, le but du Travail personnel de fin d’étude (TPFE) est d’évaluer l’aptitude à mener à bien une réflexion conceptuelle et théorique qui se traduira par une conception architecturale et éventuellement urbaine. Le TPFE est un travail qui requiert un apport personnel de l’étudiant, qui consiste notamment en une activité de recherche, et de prise de position.

Le désigne paramétrique est une méthode de désigne apparue il y’a une quinzaine d’années, pourtant, ses applications au Maroc restent assez limitées.

Pour mon mémoire de recherche, j’ai essayé de démontrer, par plusieurs méthodes, l’efficacité du désigne paramétrique dans un contexte Marocain, et différentes manières avec lesquelles il peut être utilisé durablement, de manière à prendre en considération le contexte local, dans ses différents aspects.

Remerciements :

Je remercie mes parents pour leur perpétuel soutient tout au long de mes six ans d’études en architecture. Je remercie également tout mes profs d’atelier sans exception, qui m’ont transmis leur savoir avec générosité. Je remercie aussi mes camarades de classe pour leur aide et sens de partage. Je tiens à exprimer ma sincère reconnaissance à Mme Boudda Amina pour son aide précieuse lors de la préparation de ce TPFE Je souhaite également remercier tout particulièrement le Professeur Massimiliano Martino dont les cours de 5ème année m’ont ouvert les yeux sur une technologie avec un potentiel énorme, qui n’est pas encore exploité suffisamment au Maroc, ce qui a été d'une grande aide pour la mise en route de ce projet de fin d’étude. Enfin, merci également aux membres du jury Pr. Jamal Mounaji et Pr. Giovanni Santi pour leur remarques et accompagnement

Liste des figures :

Figure 1 modèle conceptuel permettant de clarifier la relation entre les différentes stratégies de recherche mentionnées dans « Architecture research methods »....................................................... 18

Figure 2 Heinz Isler. Station-service à Deitingen, Soleure, Suisse (1968). Image par David P. Billington 21

Figure 3 Les forces et les formes sont corrélées. Source : Arturo Tedeschi, « AAD » 22

Figure 4 Frei Otto, 1972. Expérience sur le sable inspirée par Frei Otto - WeWantToLearn.net, studio dirigé par Toby Burgess et Arthur Mamou-IVIani à l'Université de Westminster, étudiant : Jack Munro. Source : Arturo Tedeschi, « AAD » ........................................................................................... 22

Figure 5 Recherche "Architettura Parametrica". Exposition de la Triennale de Milan, 1960. Solution pour un stade de football et diagrammes dessinés pour générer la géométrie. Source : Arturo Tedeschi, « AAD » 23

Figure 6 Ivan Sutherland sur l'ordinateur TX-2 des Lincoln Labs du MIT (1963). L'interface Sketchpad. Source : Arturo Tedeschi, « AAD » 24

Figure 7 Gehry Architects, modèle tridimensionnel du complexe Vila Olímpica, Barcelone, Espagne, 1992. Le modèle a été produit dans CATIA. Source : Arturo Tedeschi, « AAD » 26

Figure 8 Le terminal international de la gare de Waterloo à Londres (1993) par Nicholas Grimshaw. 27

Figure 9 Foster + Partners, City Hall, Londres, Royaume-Uni, 2002. Source : Arturo Tedeschi, « AAD »

Figure 10 Foster + Partners, City Hall, Londres, Royaume-Uni, 2002. Le dessin à motif plat du vitrage de l'hôtel de ville. solution de vitrage pour le City Hall. Source : Arturo Tedeschi, « AAD » 29

Figure 11 Foster + Partners, City Hall, Londres, Royaume-Uni, 2002. Le vitrage de l'hôtel de ville est basé sur un empilement de cônes cisaillés. sur un empilement de cônes cisaillés. Source : Arturo

Figure 12 Foster + Partners, maquette

Figure 25 Le Corbusier, Chapelle Notre Dame du Haut de Ronchamp, 1950. Modèle à l'échelle montrant la structure du toit à nervures. ©FLC/ARS, 2008. Fondation Le

Partie 1

Introduction, problématiques, et objectifs

Partie 1 : Introduction, problématiques et objectifs

1-Introduction :

La méthode de conception paramétrique, qui est une méthode de design numérique permettant de générer des formes géométriques à partir de données entrés (inputs), est apparu il y a une vingtaine d’année. Pourtant, son usage au Maroc reste assez limité, voire inexistant de façon à utiliser son potentiel jusqu’au bout.

Cette utilisation limitée de la méthode de conception paramétrique est due à plusieurs raisons, la principale étant le coût élevé de l’exécution, des matériaux et de la main d’œuvre, ainsi que l’absence de sociétés spécialisées dans ce domaine. Ceci entraine à l’utilisation limitée de cette méthode de conception.

La méthode de conception paramétrique qui est généralement associée avec de larges budgets et des matériaux chers offre bien plus que des formes inhabituelles difficilement concevables.

Elle permet une flexibilité en termes de formes, mais aussi en termes d’itérations, permettant ainsi plusieurs variations d’un seul design « programmé » aucontraire de méthodes classiques qui demandent une modélisation à nouveau pour chaque changement voulu dans le design. Donc peu importe la forme, en la conception paramétrique est une méthode de penser et concevoir qui peut être exploitée dans une panoplie de contextes.

2-Problématique

Parmi les pistes les plus intéressantes à explorer au Maroc, et qui ne sont pas assez exploitées, est l’approche low-cost et régionale du design paramétrique. En d’autres mots, les techniques traditionnelles de construction Marocaine ; les matériaux locaux ainsi que les éléments architectoniques Marocains et Andalous restent des terrains fertiles de recherche et d’expérimentation avec les outils de design paramétriques., et pourront ainsi -potentiellementbénéficier des différents avantages du design paramétrique, flexibilité de formes, itérations, d’innovation, et bien plus.

Par exemple, les techniques traditionnelles marocaines peuvent être traduites en algorithmes paramétrables, et par le biais de plusieurs outils, il est possible de pousser leurs potentiels et innover au sein de ces techniques traditionnelles.

Un autre exemple sont les éléments architectoniques islamiques et marocains, caractérisés par leurs motifs géométriques complexes, qui offrent une librairie riche d’éléments sur lesquels on peut expérimenter avec les outils paramétriques.

Bien plus que cela, la liaison entre la technologie du BIM (Building information modeling) et HBIM (Historic building information modeling) qui sont des méthodes de modélisation du bâtiment de façon intelligente, et le design paramétrique permettra de maitriser les œuvres réalisées : les matériaux, les quantités, les coûts, ce quipermet d’optimiser le trio : coût, temps, et prix dans les bâtiments, ainsi que la réhabilitation et la maintenance des bâtiments anciens. A titre d’exemple, cette combinaison permet de donner des résultats

réhabilitation plus exactes en quantifiant les éléments à réhabiliter, les dates de maintenance, etc…

D’autre pays ont déjà intégré le design paramétrique en utilisant les techniques traditionnelles en tant que canevas d’expérimentation. Le Japon et la Perse, pour citer quelques-uns. Le Maroc ne manque pas d’espaces architecturaux intrinsèques, ni de techniques et éléments architectoniques pour bénéficier des avantages de la méthode paramétrique.

La problématique principale est alors la suivante : trouver des méthodes pour applique le design paramétrique au Maroc, de manière efficace, sur plusieurs niveaux : les techniques traditionnelles Marocaines, les éléments architectoniques traditionnels (islamiques et Marocains) et la conception architecturale des espaces. La typologie de l’habitat Marocain traditionnel parait un canevas d’expérimentation qui regroupe une richesse de ses éléments donc elle est choisie en tant que sujet d’étude. Par la suite trouver un Workflow qui permet de relier ses méthodes avec la technologie du BIM, de façon à permettre la maitrise des œuvres et l’estimation des couts.

3-Stratégie et objectifs :

La stratégie proposée pour répondre à ces problématiques est d’analyser la typologie de l’habitat traditionnel Marocain à Marrakech et identifier différentes phases du design, techniques de construction et éléments architectoniques qui peuvent servir de canevas pour le design paramétrique et qui pourrons bénéficier de ses avantages, en proposant au fur et à mesure des techniques et algorithmes de design paramétrique à appliquer sur cette typologie étudiée.

L’objectif est alors d’initier l’architecture marocaine à la méthode de design paramétrique aux éléments, en proposant des stratégies pour appliquer différents algorithmes sur quelques espaces architecturaux, éléments architectoniques, et techniques traditionnelles de l’architecture marocaine, prenant l’exemple d’une maison traditionnelles. Ce mémoire vise alors à créer un catalogue non-extensif qui servira d’initiation et d’inspiration à d’amples applications du design paramétrique au Maroc dans le futur.

4-Feuille de route :

Durant mes études en S9 et S10, j’ai eu l’opportunité de suivre des séminaires d’initiation et d’approfondissement au sujet du design paramétrique et ses différentes utilisations contemporaines

Durant un de ces séminaires, nous étions invités à rechercher divers sujets en relation avec le design paramétrique, mon sujet était le design paramétrique régional, c’est-à-dire l’utilisation du patrimoine local, que ça soit matériaux, technique, ou élément architectonique intrinsèque à la région comme objet d’expérimentation paramétrique.

L’aboutissement de cette recherche était la conception digitale d’un mur en utilisant une technique alternative de pose de briques, cette recherche ainsi que les acquis de ces séminaires était le point de départ, et l’inspiration de ce mémoire de projet de fin d’étude. La feuille de route de ce TPFE et alors comme le suit :

Concepts étudiés en 5éme année + Recherche conduite durant les séminaires + prérequis et base de données personnelle

Etude de Cas pour étudier stratégies de travail paramétrique durable et régionale + démontrer les différents avantages du design paramétrique

Développer une stratégie pour appliquer le design paramétrique au Maroc.

Développer un catalogue non-exhaustif d’exemples

Choix du site et développer un projet qui tire profit de la recherche en S12

Bibliographie : Commencer avec une bibliographie initiale et l’enrichir au fur et à mesure

Définir et expliquer les notions de bases relevant à la problématique + Historique

5-Méthodologie de recherche :

Linda N.Groat et David Wang dans leur livre « Architecture research methods » on classifié quelques stratégies de recherche sous sept catégories1 :

-Recherche historique

-Recherche Qualitative

-Recherche de corrélation

-Recherche expérimentale et quasi-expérimentale

-Recherche en simulation

-Argumentation logique

-Etude de cas et stratégies en combinaison

Cette recherche va combiner quelques stratégies de celles-ci en suivant la feuille de route précédemment élaborée. Commençant ainsi par la partie initiation qui traite les notions de base du sujet de recherche ainsi qu’une recherche historique, passant par la suite à l’étude de cas, puis à la partie de développement d’un catalogue d’applications.

Le sujet à un aspect expérimental dans la dernière partie, qui servira de pratique et démonstration des stratégies étudiées dans la première et deuxième partie de la recherche. Ses expérimentations vont aussi nous servir durant le S12 dans le projet architectural que nous sommes invités à développer.

1 Groat et Wang, « Architectural Research Methods ».

Figure 1 modèle conceptuel permettant de clarifier la relation entre les différentes stratégies de recherche mentionnées dans « Architecture research methods ».

Ce mémoire de recherche se présentera alors comme le suit :

I-Introduction, problématiques, et objectifs

Une introduction au sujet et présentation des problématiques ainsi que les objectifs de ce mémoire de recherche, et la méthodologie de recherche adoptée.

II-Définitions et initiation

Cette partie servira d’initiation à différents concepts relevant au problématique traité.

IV-Etude d’exemples :

Cette partie sera consacrée à l’étude de quelques exemples qui ont suivi l’approche régionale ou low-cost/efficace du design paramétrique.

Le but de cette partie est : de développer une stratégie pour approcher l’application du design paramétrique au Maroc de façon efficace et durable et d’apprécier les avantages du design paramétrique.

V-Application de la méthode paramétrique au Maroc : outils et exemples

Cette partie servira de catalogue de différents éléments (phases de design, technique traditionnelles Marocaines, et éléments architectoniques) qui serviront de canevas de recherche et d’expérimentation et la proposition au fur et à mesure d’outils de design paramétriques

V-Préambule du projet S12

Cette partie sera consacrée à l’initiation au projet du S12, avec le choix du site et la méthode adoptée ainsi que les différents enjeux.

VII-Bibliographie

Partie 2

Définitions, historique, et concepts de base

Partie 2 : Définitions, historique, et concepts de base :

Chapitre 1 : Histoire et évolution du désigne paramétrique :

1-Du dessin conventionnel à l’outil intelligent analogique : Malgré ces limites, le dessin a été le support stable de l'architecture au cours des siècles. dire sur l'utilisation de solutions et de systèmes tectoniques éprouvés et préconçus.

La typologie a fait du dessin non seulement un moyen de communication, mais aussi un système qui permettait aux concepteurs d'explorer et d'affiner les variations (approche formelle) dans le cadre d'un ensemble spécifique de contraintes formelles et structurelles.

uvelle approche, la recherche de formes qui visait à étudier des structures nouvelles et optimisées trouvées par des relations complexes et associatives entre les matériaux, les formes et les structures.

) et Musmeci (1926 formation dans la nature comme moyen d'organiser les bâtiments. Puisque la forme ne pouvait pas descendre de solutions éprouvées, le dessin traditionnel ne pouvait pas être utilisé comme un outil permettant de prédire les résultats de la conception.

Figure 2 Heinz Isler. Station-service à Deitingen, Soleure, Suisse (1968). Image par David P. Billington

C'est pourquoi les pionniers de la recherche de formes se sont appuyés sur des modèles physiques tels que les films de savon, qui ont permis de découvrir des surfaces minimales, et les tissus suspendus, qui ont permis de découvrir des voûtes et des structures ramifiées à

Figure 3 Les forces et les formes sont corrélées.

Figure 4 Frei Otto, 1972. Expérience sur le sable inspirée par Frei Otto - WeWantToLearn.net, studio dirigé par Toby Burgess et Arthur Mamou-IVIani à l'Université de Westminster, étudiant : Jack Munro.

Au cours des dernières décennies, la complexité croissante des bâtiments a fait de la recherche de forme une stratégie importante pour déterminer la forme des structures indéterminées. L'optimisation structurelle par la modélisation physique était mono gravité) et a marqué une trajectoire vers la recherche de forme multi paramétrique qui vise à interagir avec des données hétérogènes : géométrie, forces

L'architecte italien Luigi Moretti a inventé la définition de l'"architecture paramétrique" en 1939. Ses recherches sur "les relations entre les dimensions dépendant de divers de football, de tennis et de natation lors de la douzième Triennale de Milan en 1960. Dans ces projets, les paramètres de conception de Moretti étaient liés aux angles de vue et à la faisabilité iso courbes, qui tentaient

Les recherches de Moretti ont été menées en collaboration avec le mathématicien Bruno De Finetti, avec lequel il a fondé l'Institut de recherche mathématique en architecture (I.R.M.O.U.).

déclaré : "Les paramètres et leurs relations deviennent [...] le code du nouveau langage architectural, la "structure" au sens premier du terme [...]. La définition des paramètres ferts par les sciences les plus actuelles, en particulier par la logique, les mathématiques [...] et les ordinateurs. Les ordinateurs donnent la possibilité d'exprimer les paramètres et leurs relations à travers un

Figure 5 Recherche "Architettura Parametrica". Exposition de la Triennale de Milan, 1960. Solution pour un stade de football et diagrammes dessinés pour générer la géométrie.

Figure 6 Ivan Sutherland sur l'ordinateur TX-2 des Lincoln Labs du MIT (1963). L'interface Sketchpad.

par des contraintes introduites par l'utilisateur. Par exemple, il était possible de créer un lien entre un rivet et le trou correspondant. L'utilisateur qui changeait la taille du rivet en entrée impliquait une propagation des modificateurs qui mettaient à jour le modèle tridimensionnel ainsi que la sortie bidimensionnelle. Pro/ENGINEER a réduit le coût des modifications de conception et a surmonté les contraintes rigides de la modélisation tridimensionnelle. Les progrès les plus importants ont été réalisés de la fin des années 1980 à aujourd'hui. La recherche universitaire et les pratiques d'avant-garde - qui tentaient d'échapper aux simples limites d'édition des applications logicielles - ont exploré de nouvelles façons de manipuler les logiciels "de l'intérieur", dans le but de trouver des solutions et des formes inexplorées grâce à la programmation. De nombreux concepteurs ont rapidement compris que des programmes plus sophistiqués pouvaient gérer une complexité dépassant les capacités humaines en structurant des routines et des procédures. Ce type de modélisation repose sur des langages de programmation qui expriment des instructions sous une forme pouvant être exécutée par l'ordinateur au moyen d'une procédure étape par étape : l'algorithme.

3-Evolution paramétrique :

C'est à la fin des années 1980 et au début des années 1990 qu'un profond changement s'est opéré dans la conception architecturale. Pour la première fois dans l'histoire, les architectes ne concevaient pas la forme spécifique du bâtiment, mais un ensemble de principes encodés numériquement sous la forme d'une séquence d'équations paramétriques permettant de générer des instances spécifiques de la conception en faisant simplement varier les valeurs des paramètres. Au lieu de travailler sur une composition (parti), les concepteurs construiraient un système paramétrique et computationnel de production formelle, créeraient des contrôles à l'écran qui affecteraient ses résultats, puis sélectionneraient les formes qui émergent du fonctionnement du système. Dans cette morphose numérique, un système de règles, de relations et/ou de contraintes génératives est d'abord défini (information), et ses contrôles interactifs sont spécifiés ; la structure d'interdépendances qui en résulte reçoit souvent une forme générique (formation), qui est ensuite soumise aux processus de déformation ou de transformation, sous l'impulsion de ces mêmes relations et règles intégrées au système luimême. S'écartant radicalement des traditions et des normes séculaires de la conception architecturale, les formes générées numériquement ne sont pas conçues ou dessinées comme le voudrait la compréhension conventionnelle de ces termes, mais elles sont calculées par la méthode de calcul générative choisie en utilisant différentes valeurs de paramètres. Au lieu de se contenter de modéliser une forme externe, les concepteurs articulent d'abord et avant tout une logique générative interne, qui produit ensuite, souvent de manière automatique, une gamme de possibilités parmi lesquelles le concepteur peut choisir une proposition formelle appropriée pour un développement ultérieur. Des modèles de conception capables d'une transformation cohérente, continue et dynamique ont remplacé les normes statiques des processus conventionnels. Dans la conception paramétrique, ce sont les paramètres d'une

conception particulière qui sont déclarés et non sa forme. En attribuant différentes valeurs aux paramètres, il est possible de créer différents objets ou configurations. Les équations peuvent être utilisées pour décrire les relations entre les objets, définissant ainsi une géométrie associative dans laquelle les éléments géométriques (points, lignes, formes, etc.) sont liés entre eux. Il est ainsi possible d'établir des interdépendances entre les objets et de définir le comportement des objets en cas de transformation.

Les designs paramétriques permettent une conception puissante de la forme en architecture en décrivant une gamme de possibilités, remplaçant ainsi le stable par la variable, la singularité par la multiplicité. En utilisant la paramétrie, les concepteurs peuvent créer un nombre infini d'objets similaires, manifestations géométriques d'un schéma préalablement articulé de dépendances dimensionnelles, relationnelles ou opérationnelles variables. Lorsque des valeurs spécifiques sont attribuées à ces variables, des instances particulières sont créées à partir d'une gamme potentiellement infinie de possibilités. Les solutions fixes sont rejetées au profit d'une exploration des potentialités infiniment variables. La conception paramétrique est désormais bien établie, tant dans la profession que dans le monde universitaire. Elle est généralement considérée comme une technologie numérique permettant une variation infinie des formes, soit par le biais de la représentation inhérente et intégrée de la géométrie dans le logiciel de dessin et de modélisation choisi, soit par le biais d'aides à la programmation visuelle ou de scripts.3

1-4-Les premiers projets paramétriques :

Deux projets réalisés au début des années 1990 ont annoncé les nouvelles possibilités et opportunités que les technologies numériques de la conception (et de la fabrication) paramétrique rendaient réalisables : le "poisson" olympique de Barcelone (1992) par Frank

3 Brady Peters and Terry Peters, « Inside Smartgeometry ».

Figure 7 Gehry Architects, modèle tridimensionnel du complexe Vila Olímpica, Barcelone, Espagne, 1992. Le modèle a été produit dans CATIA.

Gehry et le terminal international de la gare de Waterloo à Londres (1993) par Nicholas Grimshaw.

Le projet "Poisson " de Barcelone a été le premier projet " sans papier " réalisé dans le bureau de Gehry au début des années 1990 à l'aide d'une application interactive tridimensionnelle assistée par ordinateur (CATIA).

Il s'agissait d'un projet relativement simple, impliquant un revêtement sur l'acier de construction, dont la géométrie était définie de manière paramétrique dans CATIA. La conception, la fabrication et la construction du projet ont été coordonnées par le biais du modèle informatique. Il n'y aurait eu qu'environ six dessins à la main et un modèle informatique pour l'ensemble du processus qui a été utilisé pour le suivi des pièces, la conception et la disposition du système.

Le terminal international Grimshaw de la gare de Waterloo a clairement démontré les avantages conceptuels et de développement offerts par l'approche paramétrique de conception. Le bâtiment est essentiellement un hangar ferroviaire vitré de 400 mètres de long, avec une portée "effilée" qui se réduit progressivement de 50 à 35 mètres. Son plan étroit et sinueux est déterminé par le tracé de la voie ferrée et la géométrie difficile du site, qui est la principale source de complexité du projet et qui donne une telle puissance et une telle importance à la conception de Grimshaw, notamment à son toit spectaculaire. La structure du toit est constituée d'une série de 36 arcs en corde d'arc à trois branches, de dimensions différentes mais de configuration identique. En raison de la géométrie asymétrique des platesformes, les arcs s'élèvent fortement d'un côté et s'inclinent moins au-dessus des plates-formes de l'autre côté. Chaque arche est différente car la largeur du toit change le long des voies.

Au lieu de modéliser chaque arc séparément, un modèle paramétrique générique basé sur les règles de conception sous-jacentes dans lequel la taille de la portée et la courbure des arcs individuels sont liées en attribuant différentes valeurs au paramètre de la portée, les 36 arcs ont été calculés et insérés dans le modèle géométrique global.

Figure 8 Le terminal international de la gare de Waterloo à Londres (1993) par Nicholas Grimshaw

Le modèle paramétrique a été étendu de la description structurelle des arcs aux éléments qui les relient et aux éléments de revêtement correspondants, c'est-à-dire à l'ensemble du bâtiment.

Ainsi, une hiérarchie très complexe d'interdépendances a été modélisée de manière paramétrique, permettant un raffinement itératif, c'est-à-dire un ajustement dimensionnel du projet à toutes les étapes de son développement, de la conception à la construction.

Quelques années plus tard, en 1998, le cabinet de Norman Foster a mis en place un groupe de modélisation spécialisé, dirigé par Hugh Whitehead, dont la mission consistait dès le départ à développer des modèles paramétriques de géométrie pour divers projets du cabinet de l'époque, comme le City Hall de Londres. Pour ce projet, le groupe a commencé par développer un "galet paramétrique", qui était essentiellement une sphère, dont le "polygone de contrôle minimal" était connecté à un platformde contrôle paramétrique dans Microstation, de sorte que la forme pouvait être ajustée en utilisant des relations proportionnelles. La création de tels "modèles qui peuvent variés" destinés à être utilisés directement par les équipes de conception est ensuite devenue la norme dans le cabinet. Hugh Whitehead a rapporté à l'époque que son groupe mettait plusieurs heures à produire un modèle paramétrique personnalisé qui était ensuite souvent utilisé pendant plusieurs mois par l'équipe pour produire des alternatives à tester pendant le développement de la conception. Différents modèles paramétriques ont été générés pour le projet de l'hôtel de ville, notamment le système de vitrage, qui était basé sur une pile de cônes cisaillés. L'équipe a développé une macro logicielle qui a permis la génération automatique de la solution de vitrage, avec les cadres de vitrage se déployant en éventail vers l'arrière avec l'inclinaison du bâtiment, produisant un effet visuel dynamique. Pour estimer les coûts, la macro originale a été étendue pour disposer les panneaux de vitrage selon un modèle plat, en programmant automatiquement toutes les zones de la façade et en répertoriant les coordonnées des nœuds des panneaux. Cette technique particulière de génération de dessins à plat est rapidement devenue assez importante dans le travail du groupe, car les fabricants ou les entrepreneurs pouvaient les utiliser pour l'établissement des prix, la fabrication et le montage sur site, quelle que soit la complexité de la forme. Ces dessins à plat ont également permis la personnalisation en masse de composants - dans ce cas, des cadres de vitrage - tous topologiquement identiques et dimensionnellement différents.4

Ces projets ont été les précurseurs de la révolution paramétrique qui a suivi.

4 Peters.

Figure 10 Foster + Partners, City Hall, Londres, Royaume-Uni, 2002. Le dessin à motif plat du vitrage de l'hôtel de ville. solution de vitrage pour le City Hall.

Figure 9 Foster + Partners, City Hall, Londres, Royaume-Uni, 2002

Figure 11 Foster + Partners, City Hall, Londres, RoyaumeUni, 2002. Le vitrage de l'hôtel de ville est basé sur un empilement de cônes cisaillés. sur un empilement de cônes cisaillés.

Figure 12 Foster + Partners, maquette de l'hôtel de ville, Londres, Royaume-Uni, 2002. La maquette "galet paramétrique" de l'hôtel de ville.

Chapitre 2 : Principes de base

1-Principes de bases de la modélisation paramétrique

Qu'est-ce qu'un algorithme ? Un algorithme est une procédure utilisée pour retourner une solution à une question - ou pour une tâche particulière - par le biais d'une liste finie d'instructions de base bien définies. Les algorithmes suivent l'aptitude humaine à diviser un problème en un ensemble d'étapes simples qui peuvent être facilement calculées, et bien qu'ils soient fortement associés à l'ordinateur, les algorithmes pourraient être définis indépendamment des langages de programmation. Par exemple, une recette peut être considérée comme quelque chose de similaire à un algorithme. Nous pouvons définir une procédure pour la cuisson d'un gâteau au chocolat, sur la base d'une simple liste d'instructions:

0. Mélangez les ingrédients ;

1. Étendre dans le moule ;

2. Faire cuire le gâteau au four ;

3. Retirer le gâteau du four ;

4. Refroidir.

Qu'est-ce qu'un algorithme ? Un algorithme^ est une procédure utilisée pour retourner une solution à une question - ou pour effectuer une tâche particulière - par le biais d'une liste finie d'instructions de base et bien définies. Les algorithmes suivent l'aptitude humaine à diviser un problème en un ensemble d'étapes simples qui peuvent être facilement calculées, et bien qu'ils soient fortement associés à l'ordinateur, les algorithmes pourraient être définis indépendamment des langages de programmation. Par exemple, une recette peut être considérée comme quelque chose de similaire à un algorithme. Nous pouvons définir une procédure pour la cuisson d'un gâteau au chocolat, sur la base d'une simple liste d'instructions :

0. Mélangez les ingrédients ;

1. Étendre dans le moule ;

2. Faire cuire le gâteau au four ;

3. Retirer le gâteau du four ;

4. Refroidir.

Néanmoins, une telle procédure ne peut pas être considérée à proprement parler comme un algorithme car les instructions sont loin d'être bien définies et contiennent des ambiguïtés : "mélanger les ingrédients" mais quels ingrédients ? Combien de temps le gâteau doit-il cuire ? Cet exemple de base met en évidence certaines propriétés importantes des algorithmes :

- Un algorithme est un ensemble non ambigu d'instructions correctement définies. Les algorithmes dépendent des instructions saisies. Le résultat sera incorrect si l'algorithme n'est pas correctement défini. En d'autres termes, si les étapes du gâteau sont inversées ou sautées, les chances de réussite du gâteau diminuent.

- Un algorithme attend un ensemble défini d'entrées Les entrées peuvent être différentes en termes de type et de quantité. L'étape {0} nécessite des ingrédients, l'étape {0} nécessite des informations quantitatives telles que la température et le temps de cuisson. En outre, chaque entrée a une condition préalable, c'est-à-dire une exigence qui doit être satisfaite, comme une plage de températures de cuisson, par exemple : 160°C - 200°C.

- Un algorithme génère une entrée de sortie bien définie

Bien que les algorithmes soient souvent étudiés de manière abstraite, ils exploitent le potentiel de l'ordinateur qui a la capacité d'exécuter des tâches selon un ensemble d'instructions. Lorsque des calculs algorithmiques sont exécutés par un ordinateur, un éditeur spécifique est utilisé pour saisir les instructions. Les éditeurs peuvent être des applications autonomes ou être intégrés dans une application logicielle. Par exemple, les éditeurs autonomes comprennent C#, Python, etc. et les éditeurs intégrés sont des éditeurs de script fournis par des programmes tels que Rhinoceros et Autocad qui permettent aux utilisateurs d'écrire des instructions pour automatiser des tâches. Les algorithmes se composent de différentes classes, une classe d'algorithme qui conduit à un nombre est appelée une procédure de calcul, tandis qu'un algorithme qui génère un oui ou un non est appelé une procédure de décision. Les algorithmes peuvent également conduire à des géométries. Par exemple, si un éditeur intégré est utilisé dans un logiciel de CAO ou un autre logiciel de modélisation, une géométrie 3D est créée en manipulant l'ensemble standard de primitives fourni par le logiciel ou défini de manière procédurale par une séquence d'instructions. Par exemple, une ligne peut être définie par deux points, un début et une fin ; les points peuvent à leur tour être définis par leurs coordonnées {x,y,z}. Par exemple, un modèle de vase peut être défini comme une révolution d'une courbe de profil autour d'un axe, et des objets plus complexes peuvent être obtenus en établissant un ensemble de règles. Les objets ne sont plus manipulés avec une souris, mais sont définis par des procédures exprimées dans un langage de programmation spécifique : AutoLisp® dans Autocad®, RhinoScript® dans Rhinoceros®, MEL® dans Maya® ou d'autres langages multiplateformes comme Python®. Une telle approche -

Figure 13 Représentation schématique d’un algorithme

généralement appelée "scripting" - est totalement nouvelle pour les designers et transforme le lien entre l'idée et le résultat final. Le scripting se compose de deux environnements de travail:

- l'éditeur (A) ;

- l'environnement de modélisation 3D (B).

En outre, il produit deux résultats :

- l'algorithme ;

- la sortie de l'algorithme, constituée d'une géométrie associative 3D ou 2D.5

Le résultat final n'est pas seulement un "signe numérique", mais il peut être considéré comme un modèle numérique interactif répondant aux variations de l'entrée en manipulant l'ensemble du système. Par exemple, si les coordonnées des points sont modifiées de {x,y,z} à {x ' ,y ' ,z ' } de la ligne mentionnée, l'algorithme maintient la relation établie selon laquelle la ligne est définie par les deux points et non par leur emplacement. Les algorithmes établissent des relations associatives entre différentes entités telles que des nombres, des primitives géométriques et des données. Par conséquent La conception algorithmique permet aux utilisateurs de concevoir un processus plutôt qu'un objet unique.Bruce Mau, dans son Manifeste incomplet pour la croissance de 1998, affirme que "le processus est plus important que le résultat. Si le résultat détermine le processus, nous ne ferons qu'aller là où nous sommes déjà allés. Si le processus détermine le résultat, nous ne savons peut-être pas où nous allons, mais nous savons que nous voulons y être". La citation de Mau résume le concept central de la conception algorithmique ; le potentiel de générer et de contrôler la complexité de la conception au-delà des capacités humaines.

Un ensemble de règles et de contraintes associatives bien définies peuvent conduire à des formes sans précédent ou à des résultats imprévisibles qui sont cohérents avec les paramètres

Figure 14 entrée et sortie de l'algorithme

établis. La conception algorithmique permet aux concepteurs de trouver de nouvelles solutions et de dépasser les limites des logiciels de CAO et des systèmes 3D traditionnels.

Figure 15 Editeur de script Rhinocéros

Figure 16 Urbanisme paramétrique - Dominiki Dadatsi, Fountoulaki Elrini, Pavlidou Eleni. L'image montre trois différentes configurations d'une tour conçue de manière algorithmique

Les algorithmes peuvent définir tout type de géométrie. La méthode pour construire des géométries de manière procédurale est basée sur l'écriture d'une ébauche et sa traduction dans un langage de programmation. Par exemple, l'image ci-dessous peut être esquissée en écrivant la liste d'instructions suivante :

0. Dessinez quatre cercles ;

1. Subdivisez les quatre cercles en N parties ; on obtient N points pour chaque cercle ;

2. Relier les points correspondants.

Le même élément pourrait être défini par des paramètres différents, mais il est naturel d'écrire un algorithme d'une manière qui établisse relations entre les parties variables d'un objet. Dans l'exemple le nombre de lignes est affecté par le nombre de subdivisions (N), qui est le paramètre principal. Néanmoins, l'algorithme est encore ambigu car il ne spécifie pas d'origine unique par rapport à la coordonnée z par rapport à la coordonnée z : {x,y,z'}, {x,y,z^} et {x,y,z^}, un rayon pour chaque cercle (r'), (r^) et (r^), et la méthode de connexion des lignes. Ces raffinements sont effectués lors de la transition du brouillon à l'algorithme final.

Figure 17 Cylindre paramétrique modifiable

Ces dernières années, de nombreux éditeurs de logiciels ont développé des outils visuels afin de rendre le scripting plus accessible aux utilisateurs ayant peu ou pas de connaissances en programmation. En effet, les règles associatives et les dépendances peuvent être exprimées à l'aide d'une méthode graphique basée sur des diagrammes de nœuds. Le Sketchpad de Sutherland représentait toutes les contraintes définies au cours du processus de dessin. Grâce à un diagramme spécial - un organigramme - l'utilisateur pouvait non seulement visualiser l'arbre des dépendances mais aussi manipuler le graphique avec des effets instantanés sur le dessin.

Similaire au scripting, le scripting visuel est basé sur deux environnements de travail principaux

- l'éditeur visuel (A) ;

- l'environnement de modélisation 3D (B).

Un tel processus génère deux sorties :

- le diagramme des nœuds, également appelé diagramme paramétrique ou algorithme visuel

- la sortie du diagramme paramétrique constituée par une géométrie paramétrique 3D ou 2D.

Figure 18 Le Sketchpad (1963) permet de visualiser graphiquement les contraintes de conception au moyen d'un diagramme appelé organigramme.

Les diagrammes de nœuds peuvent être utilisés pour créer des géométries.

Le diagramme se compose de nœuds et de connexions. Les nœuds carrés sont les fonctions principales : dessiner un cercle, diviser un cercle, créer une ligne. Les nœuds circulaires sont les paramètres : le rayon de chaque cercle, et le nombre de subdivisions. La sortie du diagramme est la même géométrie que celle générée par la procédure pas à pas présentée précédemment. L'avantage d'un diagramme de nœuds réside dans la logique intuitive qui permet d'interagir rapidement avec les paramètres. Par exemple, si le paramètre N est modifié, davantage de lignes sont générées.

Figure 19 diagrammes de nœuds

Figure 20 La géométrie peut être encore modifiée en manipulant l'un des paramètres (R), le rayon de (R3) est augmenté dans la figure.

Le diagramme paramétrique permet de créer des modèles associatifs qui explorent de multiples configurations grâce au contrôle des paramètres d'entrée. Patrick Schumacher est cité : "Alors que les attributs des primitives graphiques/numériques [...] sont entièrement déterminés et fixes à tout moment, ils restent variables dans le diagramme paramétrique. Cette variabilité peut être limitée à une plage définie sur la base de fonctions associatives qui confèrent au processus diagrammatique une intelligence intrinsèque".

Le diagramme paramétrique peut être considéré comme un support intelligent pour l'architecture et le design, car il fournit une autoconsistance interne transposée dans un langage graphique qui peut être facilement manipulé, permettant aux concepteurs d'explorer des stratégies de recherche et de création de formes.

Jerry Laiserin est cité : "La création de formes, au sens large, est un processus d'inspiration et de raffinement (la forme précède l'analyse des influences programmatiques et des contraintes de conception), alors que la recherche de formes est (au sens large) un processus de découverte et d'édition (la forme émerge de l'analyse). Le formage extrême n'est pas de l'architecture mais de la sculpture [...]. La recherche extrême de formes n'est pas non plus de

Figure 21 La géométrie peut être à nouveau modifiée en manipulant (R1, R2, R3, R4)

l'architecture mais de l'ingénierie appliquée, où la forme est exclusivement déterminée par la fonction".6

Figure 23 Représentation conceptuelle de l’approche « création de forme »

Figure 22 Représentation conceptuelle de l’approche « recherche de forme »

2-Stratégies de fabrication digitale

2-1-Sectionner

Les projections orthographiques - c'est-à-dire les plans et les coupes - sont l'un des outils de représentation les plus précieux dont disposent les architectes. Elles constituent un outil de communication et de conception indispensable. Elles ont également contribué à l'émergence d'une méthode de fabrication numérique de premier plan. Grâce à la modélisation informatique, l'élaboration de sections n'est plus un exercice de dessin nécessairement bidimensionnel. En fait, il ne s'agit plus du tout d'un exercice de projection, mais d'un processus consistant à effectuer des coupes dans un objet tridimensionnel formé. Les architectes concevant de plus en plus souvent des géométries complexes, l'utilisation du sectionnement comme méthode permettant de réaliser de nombreuses coupes transversales à travers une forme s'est avérée à maintes reprises une technique efficace et convaincante. Comme dans les processus de construction conventionnels, les informations sont traduites d'un format à un autre pour communiquer avec le constructeur - sauf que dans ce cas, le constructeur est une machine. Plutôt que de construire la surface elle-même, le sectionnement utilise une série de profils dont les bords suivent les lignes de la géométrie de la surface. Les commandes de sectionnement ou de contournage du logiciel de modélisation permettent de découper presque instantanément des sections parallèles à travers les objets à des intervalles donnés. Cela permet de rationaliser efficacement le processus de création de sections parallèles sérialisées. Les architectes ont expérimenté les assemblages de sections comme moyen de produire à la fois une surface et une structure. Bien qu'il relève clairement du domaine des techniques numériques, le sectionnement a une longue histoire dans l'industrie de la construction. Il est couramment utilisé dans la construction aéronautique et navale pour réaliser les surfaces à double courbure associées à leurs formes construites respectives. Les objets tels que les carrosseries d'avion et les coques de bateau sont d'abord définis par section comme une série de nervures structurelles, puis recouverts d'un matériau de surface. Le lofting - la méthode qui détermine la forme des panneaux de revêtement ou de surface en construisant entre des profils transversaux courbes - est analogue au lofting dans les logiciels numériques. Les surfaces loftées peuvent être déroulées en pièces plates ou bien redécrites géométriquement en section sous forme de courbes le long de la surface. Cette technique de construction a été adoptée dans l'ère pré-numérique par des architectes tels que Le Corbusier. Le toit de la chapelle de Ronchamp, par exemple, comparé à une aile d'avion par l'architecte, est conçu et construit comme une série de nervures structurelles en béton, reliées latéralement par des traverses. Un modèle en papier de la toiture montre clairement les intentions de la construction interne. Les avantages de l'utilisation de ce type de construction creuse sont clairs : il s'agit d'une structure légère qui fournit des profils de bord précis pour une forme non uniforme sur laquelle aligner et soutenir le matériau de surface, en l'occurrence de fines coquilles de béton. Dans son livre Ronchamp, Le Corbusier énumère la composition unique de la construction d'une manière qui rappelle la composition des projets construits numériquement : "Sept poutres fortes et plates, de 17 cm d'épaisseur, toutes différentes".

Frederick Kiesler est un autre architecte qui a travaillé presque exclusivement avec des formes nécessitant une construction non standard. Il est d'ailleurs devenu une sorte d'enfant-vedette de l'architecture « Protoblob ». Dans le contexte de la fabrication numérique, sa pertinence a

moins à voir avec les formes de ses bâtiments qu'avec ses efforts pour développer une méthode de construction de ses formes "sans fin". Il n'est pas surprenant que les efforts de Kiesler à cet égard aient des corrélations avec la construction numérique. Bien que la forme véritablement organique de sa Maison sans fin n'ait jamais été réalisée, il a mené à bien plusieurs projets, notamment la galerie Art of This Century de Peggy Guggenheim, en 1942. Cette galerie témoigne de son désir d'une architecture sensible aux perceptions changeantes de ses occupants : les cadres sont suspendus aux murs de manière à interagir avec les différents spectateurs sur une toile de fond incurvée. Les croquis d'étude du mur et du plafond incurvés révèlent des nervures sectionnelles qui sont esthétisées pour ressembler à un avion ou à une autre structure usinée. La courbure du mur est constante sur toute sa longueur et, contrairement aux nervures de la chapelle de Le Corbusier à Ronchamp, celles-ci sont répétitives. Ce qui est similaire dans ces projets, c'est l'utilisation du sectionnement à des fins constructives et géométriques pour créer des formes courbes.7

Cependant, plutôt que d'exposer le système de construction, la section dans les deux cas est un substrat pour l'application d'un matériau de surface et l'obtention d'une forme finie lisse.

7 Lisa Iwamoto - Digital Fabrications_ Architectural and Material Techniques (2009, Princeton Architectural Press) .

Figure 24 Exemple de découpe de sections à l'aide de la commande de contour dans Rhinoceros. Photo : L. Iwamoto

Figure 25 Le Corbusier, Chapelle Notre Dame du Haut de Ronchamp, 1950. Modèle à l'échelle montrant la structure du toit à nervures. ©FLC/ARS, 2008. Fondation Le Corbusier

Figure 26 Greg Lynn, installation Artists Space, Artists Space, New York, 1995. Installation finale montrant les lumières derrière les panneaux de Mylar. Photo : Greg Lynn/Form

Figure 27 Installation de l'Artists Space. Rendu des nervures sectionnelles. Photo : Greg Lynn/Form

Greg Lynn a été l'un des premiers à expérimenter la construction en sections générées numériquement dans le cadre d'une méthodologie de conception très influente. Dans son livre Animate Form, publié en 1999, Lynn formule une approche architecturale fondée sur l'émergence de forces, de flux et d'organisations dynamiques. En exploitant le potentiel de l'ordinateur en tant que moyen de conception générative, affirme-t-il, il y a "des conséquences formelles et visuelles distinctes de l'utilisation de l'animation par ordinateur". Par exemple, la conséquence esthétique la plus évidente est le passage de volumes définis par des coordonnées cartésiennes à des surfaces topologiques définies par des coordonnées vectorielles U et V. "2 Cette révélation a ouvert la voie à un tout nouveau mode de conception numérique fluide sur le plan formel et organisationnel. Animate Form répertorie les projets que Lynn utilise comme exemples d'architecture animée. Quatre de ces projets ont été présentés, avec des modèles stéréolithographiques à l'éclat évocateur, dans une série d'articles sur l'architecture animée. dans une exposition solo à Artists Space, à New York, en 1995. Pourtant, c'est la construction même de l'exposition qui relève du domaine de la fabrication numérique. Lynn a conçu l'installation pour pousser son processus vers la construction à grande échelle. Alors qu'il a dérivé la conception elle-même d'un processus dynamique d'interaction nodale, il s'est appuyé sur un matériau plan simple pour sa construction. Au départ, la forme était curviligne, faite de nervures à sections parallèles découpées dans une feuille de plastique en utilisant des tracés informatiques bidimensionnels comme gabarits de découpe à l'échelle réelle. Les nervures ont été recouvertes de panneaux Mylar triangulés pour former un volume continu. La traduction du volume original en une grille sectionnée et l'approximation de la coquille lisse d'origine en une surface tessellée résultent toutes deux des exigences de la construction à grande échelle. Pourtant, plutôt que de produire une représentation partielle de ce qui aurait dû être une forme curviligne, les impératifs de construction ont créé un système articulé pour l'affichage. William Massie, autre pionnier de la construction numérique, a conçu une série d'installations basées sur le sectionnement. Playa Urbana/Urban Beach, la conception gagnante de Massie pour l'installation dans la cour du programme des jeunes architectes du MoMA/P.S.1 en 2002, revisite l'enjambement du matériau de surface et propose un nouveau système de version en ailettes d'acier découpées au laser et enfilées avec des tubes en PVC exposés, créant l'effet de surfaces diaphanes de cheveux en plastique fluides qui créent de l'ombre et accueillent le programme. Les lignes sensuelles sont une solution constructive qui définissent de manière cumulative les grandes surfaces et font écho de manière représentative à la méthode numérique qui les a créées. En d'autres termes, les lignes définissent la surface physique de la même manière que les courbes de surface intégrées, ou isoparmes, constituent une surface numériquement réglée, ou loftée.

La méthode de Massie se coordonne bien avec les matériaux de construction conventionnels. Les matériaux standard se présentent généralement sous forme de plaques, de sorte que les bâtiments tridimensionnels sont réalisés à partir de matériaux bidimensionnels. En ce qui concerne le sectionnement, les techniques de construction qui ont vu le jour comprennent les nervures sectionnelles (comme dans les projets déjà décrits), la stratification ou l'empilement parallèle, et laconstruction en grille gaufrée. Dans le cas de l'empilement parallèle, la fréquence des sections nécessaires pour se rapprocher des géométries de surface de plus en plus variées augmente, ce qui entraîne parfois une intensification visuelle du matériau. En utilisant des profils de bord pour décrire la surface par le biais de continuités visuelles implicites, les architectes ont tiré parti du sectionnement, à la fois pour fusionner et pour élever la perception de la relation entre la forme et la tectonique du matériau.

Un bon exemple de cette fusion et de cette élévation perceptuelle est Dunescape, le projet qui a remporté le Young Architects Program du MoMA/P.S.1 l'année précédant Playa Urbana/Urban Beach de Massie. Conçu et réalisé par SHoP Architects, Dunescape est un paysage architecturé entièrement construit comme une série de bois de dimension parallèle et empilé. Si le découpage, l'assemblage et la fixation des pièces ont nécessité un travail manuel, la méthodologie a été entièrement numérique. Tout d'abord, le modèle numérique a été sectionné à des intervalles établis en fonction de l'épaisseur du matériau. Les dessins de section ainsi obtenus ont ensuite été tracés à l'échelle réelle et utilisés comme modèles pour disposer et positionner chaque pièce de bois. Il n'est pas anodin de constater que SHoP a utilisé cette même technique pour réaliser un modèle à l'échelle dans le fichier numérique soumis pour la présentation du concours - un témoignage convaincant de la fluidité, de l'évolutivité et de la crédibilité de cette technique particulière.

Figure 29 SHoP Architects, Dunescape, 2001.

Figure 28 Installation finale au MoMA/P.S.1., Queens,

Figure 31 Jakob + MacFarlane, Librairie Loewy

Figure 30 Álvaro Siza et Eduardo Souto de Moura,

La rhétorique importante qui a entouré la fabrication numérique en vue de rationaliser la pratique de la construction est certainement justifiée. Les outils de coupe informatisés à deux et demi et trois axes - tels que les découpeurs laser, les routeurs CNC, les découpeurs à jet d'eau et à plasma - travaillent tous à partir des mêmes polylignes pour couper des matériaux bidimensionnels. Si l'échelle, l'épaisseur et la taille du matériau peuvent changer, les fichiers utilisés pour communiquer avec les différents équipements fonctionnent à partir du même ensemble de profils. Les premiers utilisateurs ont fait un saut conceptuel pour relier le modélisme numérique et physique à la construction en grandeur nature. Ce saut a donné lieu à une multitude d'explorations architecturales fascinantes et sophistiquées qui ont fait progresser les formes de représentation et de construction tridimensionnelles. Les découpeurs laser, en particulier, ont facilité le passage conceptuel et pratique de la fabrication de modèles à l'exécution de constructions à grande échelle. La plupart des découpeurs laser sont de petite taille ; la plupart travaillent généralement avec des matériaux de modélisme tels que l'aggloméré, l'acrylique et le carton ; et la plupart sont faciles à utiliser avec des logiciels familiers tels qu'AutoCAD et Adobe Illustrator. À l'origine, les découpeurs laser étaient employés par les architectes pour le modélisme de précision, comme pour la gravure des façades de bâtiments, des éléments de structure et des détails de construction. Plus tard, en associant ces machines à des logiciels de conception numérique qui favorisaient la création de formes non standard et étaient équipés de commandes permettant de redécrire ces formes de précision au moyen de coupes sérielles, les concepteurs ont rapidement pu imaginer comment le découpage, en tant que méthode de représentation, pouvait devenir une technique de construction. La maison sur une ligne terminale (1998) de Preston Scott Cohen, par exemple, unit conceptuellement le sol et la maison en utilisant une technique de construction en gaufre pour les deux. Conçu comme un paysage infléchi, le projet a été réalisé en prenant l'intersection perpendiculaire de deux ensembles de sections parallèles à travers l'ensemble du modèle numérique. Les plans se rejoignent aux encoches correspondantes, ce qui donne un cadre quadrillé, semblable à une gaufre. La construction de gaufres n'a rien de nouveau : des articles aussi courants que les bacs à glace métalliques démodés et les déflecteurs de lumière fluorescente utilisent des grilles entrecroisées depuis des années. Bien qu'il n'ait pas été construit, ce projet donne néanmoins un aperçu de la manière dont cette technique pourrait être utilisée dans la construction. En 2001, le cabinet parisien Jakob + MacFarlane a utilisé la construction gaufrée (waffle structure) comme base pour la conception et la construction de la librairie Loewy.

Cette technique est bien adaptée aux programmes d'étagères et de stockage et à l'utilisation de matériaux en plaques facilement disponibles. D'autres projets de ce type réalisés par d'autres entreprises ont suivi, rendant la construction gaufrée (waffle structure) quelque peu omniprésente dans le lexique de la fabrication numérique, mais elle conserve son pouvoir en tant que technique souple en raison de sa capacité inhérente à être adaptée et modulée pour une multiplicité de formes. De même, en tant que système constructif, elle peut s'adapter à des projets de plusieurs échelles et fonctionner avec toute une gamme de matériaux de construction.

Le pavillon de la Serpentine Gallery 2005, réalisé par Álvaro Siza et Eduardo Souto de Moura, avec l'ingénierie structurelle de Cecil Balmond, est un projet récent qui a considérablement affiné l'enveloppe de la grille. La grille gaufrée est revue comme une ferme lamellaire non standard. La grande enceinte à travée unique et à faible voûte a été réalisée en reliant de petites pièces interdépendantes à l'aide d'un assemblage à mortaise et tenon selon un modèle de grille oblique se chevauchant. Chacune des 427 pièces de bois avait un profil unique, cartographié à partir de trente-six points de contrôle obtenus à l'aide d'un script informatique. Ces géométries de nervures ont été envoyées numériquement aux fabricants de bois, qui ont coupé chaque pièce à l'aide d'une fraiseuse CNC à cinq axes. À l'instar des voûtes en maçonnerie, le toit en forme de drap est initialement soutenu par un vaste étayage ; une fois la forme achevée, tous les éléments peuvent se verrouiller ensemble en compression. Contrairement à la construction gaufrée plus typique, qui repose sur des nervures continues, cette structure est basée sur une agrégation de pièces mutuellement dépendantes. Chaque pièce peut être soulevée et placée par une ou deux personnes, ce qui simplifie considérablement le processus de construction. Conformément à l'intention initiale de Siza et Souto de Moura de créer une structure Arte Povera, le pavillon est construit de manière artisanale, à l'aide d'une technologie rudimentaire, mais avec la précision d'une machinerie de haute technologie.

Un autre bon exemple de gaufre modifiée est [c]space, le pavillon lauréat du concours conçu et construit pour l'Architectural Association par Alan Dempsey et Alvin Huang. Le sectionnement tient compte de la courbure en constante évolution de la forme en forme de coquille et, contrairement aux coquilles en grille, les nervures dans les deux directions sont discontinues, ce qui donne une performance structurelle atypique et moins hiérarchisée.

À une échelle beaucoup plus grande, le Nid d'oiseau d'Herzog & de Meuron élargit le vocabulaire du découpage en sections, en faisant ressortir son potentiel d'informalité et d'irrégularité. Contrairement au sectionnement typique ou à la construction en gaufre, qui repose sur des plans parallèles de matériau, la structure de Bird's Nest est définie par des sections diagonales tournantes. Le sectionnement diagonal implique simplement une rotation du plan de coupe de manière non orthogonale par rapport à la géométrie longitudinale ou transversale du bâtiment. Dans ce cas, les sections sont prises tangentiellement à l'anneau central oblong de la forme en forme de nid, créant un motif de chevauchement qui devient la structure primaire de la ferme. Des lignes supplémentaires sont également dérivées géométriquement des sections à travers la forme globale et deviennent la structure secondaire et la circulation. L'échelle du bâtiment exige que chaque élément ne soit pas constitué d'un seul matériau, mais qu'il soit construit en grandes poutres en caisson dont la construction repose sur des données numériques pour définir les géométries et qui sont assemblées manuellement par une importante main-d'œuvre.

La construction en grille diagonale fait également partie intégrante de l'exécution de la maison BURST* de SYSTEMarchitects. La maison BURST* est fabriquée à l'aide d'un kit de pièces personnalisables, dans lequel "la majeure partie du processus de construction est réalisée sur ordinateur, où la géométrie de la maison et les pièces individuelles - nervures structurelles, murs, planchers - sont résolues, puis envoyées pour être découpées et numérotées avec précision, avant d'être livrées sur le site. Cela réduit le processus d'assemblage à un processus plus accessible de simple emboîtement, un peu comme un puzzle dont les pièces sont préétiquetées". La maison est composée de coquilles dans lesquelles la gaufre diagonale et le revêtement en forme de diamant forment ce que les architectes appellent une "trame

structurelle". Le motif des nervures étant en diagonale aiguë, les éléments ne sont pas entaillés ensemble mais reliés à chaque intersection par des plaques métalliques pliées. Ce système maintient l'intégrité structurelle du diaphragme tout en divisant chaque nervure en segments plus petits pour faciliter la manipulation.

Figure 32 Herzog & de Meuron, Stade olympique, Pékin, Chine, 2006-8. Diagramme structurel en coupe diagonale. Photo : avec l'aimable autorisation de Harini Rajaraman, John Voekel, Brian Coffey, Georgia Lindsay.

Figure 33 Frank Gehry, Easy Edges, 1969-73. Série de meubles en carton stratifié. Photo : Nelson Lau

2-2-Techniques de fabrication digitales : Tessellation

Une tessellation est un ensemble de pièces qui s'emboîtent sans espace pour former un plan ou une surface. Les tessellations peuvent avoir pratiquement n'importe quelle forme, pour autant qu'elles s'assemblent en formation serrée. Les dessins à motifs géométriques de M.C. Escher sont souvent cités comme un exemple de tessellation. En architecture, le terme désigne à la fois les motifs en carreaux des bâtiments et les motifs maillés définis numériquement.

La tessellation est présente dans le monde entier, qu'il s'agisse des mosaïques de la Rome antique et de celles de l'Empire byzantin, des murs-écrans de l'architecture islamique ou des vitraux des cathédrales gothiques. Ces surfaces décoratives étaient utilisées pour filtrer la lumière ou la vue, définir l'espace ou transmettre un sens symbolique par le biais d'un langage notatif abstrait, de la même manière que les surfaces tessellées sont utilisées en architecture aujourd'hui. Comme ces premiers exemples étaient fabriqués à la main, les motifs d'ensemble étaient généralement obtenus en assemblant laborieusement de nombreuses petites pièces pour former un dessin ou une image cohérente. C'était une entreprise qui demandait beaucoup de temps, mais cette technique d'agrégation favorisait une vaste variation figurative, imagistique, tonale et géométrique.

Les technologies numériques ont ravivé l'intérêt du monde du design pour les motifs et la tessellation, car elles permettent une plus grande variation et modulation grâce à une fabrication non standard, tout en offrant une économie de moyens inhérente. Le travail numérique permet de passer d'un format de représentation à un autre - par exemple, du modèle numérique au fichier de lignes vectorielles, puis à la méthode de fabrication. Cette série de traductions permet un processus de fabrication plus fluide tout en réduisant considérablement le travail associé à la transformation d'un type de support de conception en un autre.

Si les mosaïques, les murs de briques, les vitraux et les façades à panneaux peuvent tous être considérés comme des tesselles, le terme peut également désigner, dans le domaine de la conception numérique, l'approximation de surfaces, souvent à courbure simple ou double, par des mailles polygonales. Les surfaces courbes sont généralement beaucoup plus complexes et coûteuses à construire que les surfaces planes, et la tessellation offre un moyen de construire une forme lisse à l'aide d'un matériau en feuille. Ce chapitre se concentre sur la manière dont ces deux éléments - la définition numérique de la surface et la méthodologie de construction en tesselles - sont réunis par la fabrication numérique.

La tessellation, ou carrelage, devient de plus en plus pertinente dans le domaine de la construction, car les architectes s'efforcent de réaliser des formes et des surfaces importantes, souvent complexes, avec des matériaux en feuilles de taille standard. Alors que dans l'architecture moderne, la tessellation était le résultat de l'utilisation de produits industrialisés tels que les carreaux de céramique, les bardages et les briques, elle peut désormais être créée à partir d'unités non standard. Les architectes ont certainement réalisé des motifs complexes à partir de matériaux conventionnels tels que la brique et la maçonnerie, mais la tessellation a trouvé un nouvel essor dans l'arène de la fabrication numérique, qui

dispose de capacités uniques pour moduler, concevoir et construire des panneaux personnalisés. Plutôt que de s'en remettre à ce qui est disponible dans le commerce, les architectes peuvent, grâce aux techniques de fabrication numérique, découper des pièces à partir d'un stock plus important dans de multiples tailles et formes différenciées.

Il existe deux façons principales de modéliser numériquement des formes tridimensionnelles : les NURBS et les maillages. Un même projet sera souvent défini dans les deux formats à différentes étapes du processus de conception. Les modeleurs NURBS construisent des courbes et des surfaces lisses, et seront abordés plus en détail dans un chapitre ultérieur. Les modeleurs de maillage utilisent des polygones et des subdivisions pour approcher les surfaces lisses. Les mailles polygonales, généralement composées de triangles et de quadrilatères, sont les plus utilisées ; les surfaces de subdivision utilisent un algorithme secondaire plus complexe pour approximer la courbure. Les deux créent des sommets, des arêtes et des faces supplémentaires qui divisent la surface en tuiles. Ainsi, un polygone ou un maillage subdivisé est une surface tessellée.

Selon la résolution de la tessellation, les surfaces approximées peuvent être lisses et précises, ou facettées et grossières. Bien qu'il puisse sembler souhaitable d'être toujours très précis, ce n'est pas nécessairement le cas. Il est souvent inutile de surtesseler une forme : il en résulte un modèle informatique lourd et encombrant et souvent une forme non constructible. Lors de l'évaluation des stratégies de tessellation, si le but est de calibrer la forme initiale avec un système constructif, on peut mieux déterminer la taille et la résolution des tuiles par rapport à la géométrie globale et à l'intention de conception, et par rapport aux matériaux de construction finaux et aux processus de fabrication

Au cours des quinze dernières années, on a assisté à une accélération rapide de la discrétisation - la définition numérique de la surface comme un ensemble coordonné de parties discrètes - en tant que pratique numérique et matérielle. Il s'agit non seulement d'un moyen logique de décrire et de construire des formes non orthogonales, mais aussi d'une méthode

Figure 34 Peter Macapia/labDORA, Study of a Cube Using Computational Fluid Dynamics, “Dirty Geometry,” Log10, 2007. Photo: Fluent Inc., Peter Macapia

qui permet aux architectes de moduler et de graduer la surface et la peau. Peter Macapia, de labDORA, a suggéré que la fascination pour ces systèmes de surface pourrait être "en partie une conséquence de la nature changeante de la façon dont nous voyons l'architecture, non plus comme un point ou un objet dans l'espace, mais plutôt comme une fonction, une fonction de grilles, de réseaux, de gradients".

Du côté de la fabrication, il semble que ce ne soit que le début des possibilités de tessellation. Fabio Gramazio et Matthias Kohler, tous deux professeurs à l'École polytechnique fédérale de Zurich (plus connue sous le nom d'ETH), ont fait des progrès considérables pour révolutionner la construction assistée par ordinateur dans le domaine spécifique de l'assemblage et de la formation d'unités murales en tesselles tridimensionnelles. L'adoption de la robotique pour la production architecturale est au cœur de cette avancée. On trouve couramment des robots dans l'industrie automobile, où ils sont utilisés pour souder, finir, percer, ébavurer et manipuler des matériaux, entre autres activités. Si la stratégie consistant à adopter une technologie issue d'une industrie manufacturière plus avancée est à la base de la fabrication numérique en architecture, cette pratique ne remet nullement en cause le grand saut d'imagination de Gramazio et Kohler. Le plus frappant est la manière convaincante dont ils ont adapté cet outil à la conception d'assemblages et de coffrages à motifs sensuels et non standard.8

8 Lisa Iwamoto - Digital Fabrications_ Architectural and Material Techniques (2009, Princeton Architectural Press) .

2-3-Techniques de fabrication digitales : Pliage

Le pliage transforme une surface plane en une surface tridimensionnelle. Il s'agit d'une technique puissante qui permet non seulement de créer des formes, mais aussi de créer des structures avec la géométrie. Lorsque des plis sont introduits dans des matériaux autrement plans, ces derniers gagnent en rigidité, peuvent franchir des distances et sont souvent autoportants. Le pliage est matériellement économique, visuellement attrayant et efficace à

Figure 35 Fabio Gramazio and Matthias Kohler, Domoterra Lounge, ETH Zürich, 2007.

de multiples échelles. Il n'est pas surprenant que les architectes aient étendu son utilisation à l'ère numérique. En architecture, le pliage est un concept théorique, une tactique formelle et l'opération matérielle la plus littérale. Le pliage, ou plissage, permet l'émergence de nouveaux espaces et territoires sans perdre les caractéristiques natives de ce qui est plié. Il est déjà bien compris que l'aspiration architecturale du pli réside dans son potentiel à manifester la cohésion et la continuité de conditions spatiales, culturelles, sociales, programmatiques et contextuelles concurrentes au sein d'un même langage. Greg Lynn a affirmé en 1993 que "s'il y a un seul effet produit dans l'architecture du pliage, ce sera la capacité d'intégrer des éléments sans rapport entre eux dans un nouveau mélange continu.

Au cours des quinze dernières années environ, les architectes ont certainement adopté cette technique et ont progressivement créé des surfaces, des espaces et des formes continues. Les critiques ont fait valoir à juste titre que la simple matérialisation du pli ne peut en aucun cas approcher les complexités inhérentes au concept ; le pli, comme toutes les autres constructions théoriques et conceptuelles, dépasse nécessairement le domaine formel de l'architecture. Il a néanmoins produit une série d'œuvres fascinantes qui ont indéniablement façonné le design contemporain. Dans ce langage, le pliage réel du matériau est en partie le résultat simple et direct du processus de production d'un bâtiment conforme à ses aspirations conceptuelles. Si les sols se plient pour devenir des murs et des plafonds, le matériau doit se plier lui aussi. Les exemples sont nombreux et variés. Les murs en contreplaqué incurvés de l'Educatorium de l'Office for Metropolitan Architecture, les panneaux d'angle métalliques enveloppés du Musée juif de Berlin de Daniel Libeskind et le revêtement structurel du terminal portuaire international de Yokohama de Foreign Office Architects sont autant de cas où le matériau se comporte de manière cohérente avec l'architecture globale. En tant que technique matérielle, cependant, le pliage ne se limite pas à être un système secondaire d'articulation du diagramme général du bâtiment. L'opération de pliage du matériau est également un outil de conception générative qui s'est imposé dans les processus de fabrication numérique. Comme le pliage en tant que dispositif architectural conceptuel, il partage l'aspiration à créer une fluidité et une multifonctionnalité avec une surface continue. Le pliage élargit le vocabulaire tridimensionnel de la surface en produisant naturellement déformation et inflexion. Les outils numériques permettent des modulations géométriques subtiles et complexes, offrant la possibilité d'incorporer et d'aplanir les différences. La rigidité structurelle produite par l'introduction de plis dans le matériau est un autre avantage significatif de cette technique.

Il convient de noter les précédents de conception qui ont examiné le potentiel structurel du pliage. Le début et le milieu du XXe siècle ont été une ère d'expérimentation structurelle et architecturale, alimentée par des ingénieurs tels que Félix Candela, Eduardo Catalano, Pier Luigi Nervi et Eduardo Torroja. Ces ingénieurs-architectes recherchaient l'élégance structurelle et la légèreté des matériaux dans le façonnage de bâtiments en béton à coquille mince. Les projets étaient souvent conçus autour de formes plissées et de courbures hyperboliques pour créer

des structures de toit. Les structures en plaques pliées, un modèle géométrique plus simple, étaient également répandues à l'époque. Alors que les surfaces étaient quelque peu raréfiées, les toits en béton en accordéon sont devenus assez courants dans de nombreuses régions du monde. La relative facilitée de fabrication du coffrage, associée au potentiel structurel du béton coulé dans une forme pliée, en faisait une combinaison efficace et populaire. Pourtant, économie mise à part, ces bâtiments représentaient une nouvelle génération d'architecture qui utilisait la géométrie pour associer performance structurelle et clôture

In-Out Curtain est un prototype d'écran opérable qui combine les idées de l'origami et de la production numérique, en se concentrant en particulier sur la création d'un système flexible et adapté à l'utilisateur. Conçu comme un rideau hybride et un store vénitien, In-Out Curtain fonctionne à la fois au niveau global et au niveau modulaire et peut changer de forme en section, ainsi qu'en plan. Il est conçu pour fonctionner comme une cloison de pièce transformable, un écran d'enceinte ou un store de fenêtre, dont la forme peut être modifiée à la main pour tenir compte du mouvement, de l'interaction et de la lumière. Les modules qui composent le rideau sont conçus de manière à avoir deux formes distinctes : dedans et dehors.

Les deux positions s'appuient sur des tensions internes pour maintenir leur place, et toutes deux ont un degré d'élasticité qui permet de passer d'une position à l'autre. Lorsqu'ils sont reliés entre eux, les modules transmettent leurs déformations individuelles aux zones adjacentes, créant ainsi un rideau aux multiples variations de forme. Le motif global est facilement modifiable pour chaque application, ce qui signifie que le rideaupeut non seulement être conçu dans ses dimensions globales pour un espace particulier, mais aussi être systématiquement réactif en termes de déformations internes. Au final, le projet aboutit à un système de conception et de fabrication flexible dans lequel les géométries des modèles de

Figure 36 In-Out Curtain Iwamoto Scott, 2005

modules dépliés et aplatis sont calculées et différenciées à l'aide d'ensembles de commandes simples et proportionnelles.9

2-4-Techniques de fabrication digitales : Contournage

Les matériaux de construction se présentent généralement sous forme de feuilles. Il existe une multitude de produits de construction qui sont lisses et plats : les dalles de pierre, le contreplaqué, les panneaux de particules, le MDF, les panneaux de gypse et les composites moulés, entre autres. Ils peuvent être de différentes épaisseurs, mais il s'agit essentiellement de surfaces bidimensionnelles. Le contournage est une technique qui remodèle cette surface et crée un relief tridimensionnel en retirant des couches successives de matériau. Il s'agit d'un processus soustractif, qui s'apparente à la sculpture en motifs réglés. La sculpture sur bois et sur pierre a une longue histoire dans l'artisanat et l'architecture. Les chapiteaux ordonnés des colonnes grecques, les frises, l'architecture taillée dans la roche, les temples jaïns et une

9 Lisa Iwamoto - Digital Fabrications_ Architectural and Material Techniques (2009, Princeton Architectural Press) .

Figure 37 Modules opérables enveloppés.

Figure 38 Modules d'emboîtement dépliés.

Figure 39 Prototype initial fait de papier cartonné.

myriade d'autres exemples témoignent de l'interface esthétique productive entre la sculpture et la construction. Si la tradition de cette technique est riche, elle a néanmoins connu une application limitée en architecture depuis la révolution industrielle, en grande partie parce que le travail à la main et à la machine nécessaire pour produire des pièces est variable, limité par l'échelle, et que le coût et le temps sont prohibitifs.

La fabrication numérique a permis aux architectes de transcender l'idée que la sculpture réside exclusivement dans la pratique artisanale traditionnelle. En fait, la notion d'artisanat numérique gagne rapidement du terrain comme moyen de faire revivre, à l'aide d'outils contemporains, la surface sculptée, ornementée et articulée. Parmi ces outils, citons les routeurs et les fraiseuses à commande numérique, qui utilisent des données de parcours d'outils dérivées de modèles numériques pour tailler le matériau de manière systématique sous la forme d'une série de contours.

Ces outils sont essentiellement des versions contrôlées par ordinateur d'équipements traditionnels pour le travail du bois et des métaux. Comme leurs homologues analogiques, les fraises à commande numérique sont couramment utilisées pour les mousses, le bois et les métaux tendres comme l'aluminium et le bronze. Plusieurs types de machines sont aujourd'hui couramment utilisés dans les projets architecturaux. Il s'agit des outils CNC à deux axes et demi et à trois axes et, dans une moindre mesure, des fraises à cinq axes. La terminologie des axes fait référence au nombre de degrés de mouvement que la machine est capable d'exécuter pendant la découpe. La fraise la plus courante, par exemple, la fraise à trois axes, peut se déplacer simultanément dans les directions X, Y et Z. En d'autres termes, la tête de coupe peut se déplacer dans les deux directions. En d'autres termes, la tête de coupe peut se déplacer dans n'importe quelle configuration de plan, ainsi que vers le haut et le bas simultanément. Cette amplitude de mouvement est généralement plus qu'adéquate pour la plupart des applications, puisqu'elle permet de découper presque n'importe quel motif ou relief dans une grande feuille de matériau. La différence essentielle entre ses capacités et celles d'une machine à plus haut degré de liberté est que la tête de la fraiseuse à trois axes ne tourne pas. Les fraises à trois axes ne peuvent donc pas réaliser de contre-dépouilles ou d'objets entièrement tridimensionnels, alors que les machines à cinq axes le peuvent. Cette amplitude de mouvement supplémentaire est d'une part libératrice, mais dans de nombreux cas, elle n'est pas nécessaire. Les architectes ont eu tendance à développer des moyens inventifs pour travailler dans le cadre des contraintes des trois axes. En outre, l'accessibilité financière, l'opérabilité, la taille et la vitesse de ces fraiseuses par rapport à des systèmes plus complexes contribuent à leur utilisation généralisée. Comme d'autres techniques de fabrication numérique, le fraisage CNC permet une transition plus fluide entre le modèle informatique et la construction physique. Elle ouvre également la porte à de nombreuses possibilités de conception et d'outillage. Le processus de contournage implique nécessairement la traduction d'un modèle numérique en un langage qu'une fraiseuse contrôlée par ordinateur peut comprendre, et il existe de nombreux logiciels commerciaux qui servent à cette fin.

Les plus courants sont Mastercam, RhinoCAM et SURFCAM. Dans chaque cas, le programme demande à l'utilisateur de définir un ensemble de variables, parmi lesquelles la taille et le type de fraise, le matériau à découper et la trajectoire de l'outil. Bien que cette tâche

puisse sembler simple, il existe littéralement des milliers de façons de couper ou de contourner un objet. Les trajectoires des outils peuvent être parallèles, en spirale, lisses, striées, inclinées. . . . Décider de la méthode à utiliser est une question de couplage entre l'intention de la conception et les limites de la machine et du matériau.

Une fois les variables spécifiées, le logiciel génère les données du parcours d'outil dans un langage de programmation spécifique aux machines CNC. Ce langage, appelé code G, liste les multiples opérations d'un travail particulier (position de la broche, vitesse, profondeur, etc.) sous la forme d'un ensemble de commandes individuelles. Chaque commande est répertoriée sur une ligne distincte commençant par la lettre G, ce qui donne son nom au code. Il est assez fréquent que les machinistes professionnels entrent dans le processus de fraisage au stade du code G et réécrivent, modifient ou insèrent un nouveau code pour contrôler plus précisément la machine. La plupart des architectes ont toutefois tendance à utiliser l'interface plus graphique fournie par le logiciel de fraisage.

Le contournage est, par sa nature même, très gourmand en matériaux et en temps. En tant que processus de fabrication soustractif, le fraisage CNC retire de la matière de feuilles ou de blocs vierges pour fabriquer des pièces. Ce processus entraîne un gaspillage de matériau, parfois important, et, dans le même temps, le matériau restant est investi avec une attention et un travail de conception extrêmes. Par conséquent, les architectes utilisent régulièrement le contourage pour élever des matériaux de construction relativement ordinaires à des niveaux extraordinaires.

Le contreplaqué est un matériau de construction abordable et largement disponible, utilisé aussi bien par l'industrie du bâtiment que par celle du meuble. Ce produit disponible sur le marché a fourni la palette nécessaire à l'étude des techniques de fabrication numérique, en particulier le fraisage CNC à deux axes et demi, pour lequel les dessins vectoriels bidimensionnels de la CAO déterminent les trajectoires des outils. Cette recherche sur le contreplaqué a permis de créer une surface capable de répondre aux exigences programmatiques ou environnementales changeantes d'un espace donné, soit par la mutabilité du matériau, soit par la flexibilité intégrée.

Le principe général était de permettre au produit d'évoluer grâce à des recherches spécifiques sur l'outillage, dont les limites étaient largement dictées par le matériau lui-même. Le bouleau baltique à sept plis a été choisi pour sa résistance et sa qualité de finition. Le fraisage initial était principalement bidimensionnel, produisant des encoches et des coupes qui permettaient de plier en réponse à la poussée et à la traction, transformant efficacement une feuille rigide en une surface souple. Un changement subtil dans la profondeur ou l'espacement des kerfs affectait considérablement la facilité de pliage et la stabilité générale. Un fraisage trop profond donnait des feuilles précaires qui se brisaient facilement. Un fraisage trop peu profond laissait la rigidité de la feuille inchangée. Au fur et à mesure de l'avancement de ces recherches, le fraisage s'est déplacé vers les deux faces du contreplaqué : l'enregistrement et le mauvais enregistrement intentionnel entre les coupes sur les deux faces ont produit un état semblable

à un treillis. À l'échelle d'une pièce, la série de panneaux encourage une modulation de la vue et de la lumière.10

10 Lisa Iwamoto - Digital Fabrications_ Architectural and Material Techniques (2009, Princeton Architectural Press) .

Figure 40 Détail d'un panneau CNC avec des chemins d'outils d'entrée et de sortie gradués

2-5-Techniques de fabrication digitales : formation

Les objets façonnés sont partout autour de nous. Les emballages, les jouets en plastique, les téléphones portables, les carrosseries de voiture... La liste est pratiquement sans fin. Étant donné que le formage utilise une économie de moyens inhérente (production de pièces multiples à partir d'un petit nombre de moules ou de formes), il s'ensuit que les utilisations les plus courantes de cette technologie sont les produits fabriqués en série. Dans le domaine du bâtiment, il s'agit de composants architecturaux, tels que les ferrures, les panneaux de façade et les meneaux de fenêtre. Et bien sûr, la construction de bâtiments utilise également le formage à plus grande échelle et avec une reproductibilité moindre, pour des composants tels que les panneaux préfabriqués, les éléments structurels et l'ornementation architecturale, ainsi que les dalles, les murs ou même l'ensemble du bâtiment coulés sur place. Tout bien considéré, le formage est omniprésent dans l'industrie de la construction.

La production de masse a influencé les idées du milieu du siècle en matière de création de surface à l'aide d'éléments formés. La fascination pour ce type de motifs se retrouve dans les projets de construction d'architectes renommés des années 1950 et 1960, tels que Hans Scharoun et Harrison & Abramovitz, entre autres. Ces architectes ont tiré parti de la production industrielle pour créer des unités de revêtement en métal estampé très détaillées qui pouvaient être disposées sur les façades de bâtiments tels que la Berliner Philharmonie et l'Alcoa Building, respectivement.

Toutefois, comme c'est le cas pour la plupart des formes de production de masse, les unités conçues à cette époque étaient nécessairement identiques et donnaient lieu à des modèles généraux répétitifs. Bien que les processus de formage ne soient jamais numériques en soi, la fabrication numérique a créé de nouvelles possibilités de concevoir et de réaliser des coffrages personnalisables. Elle a eu cet effet libérateur principalement parce qu'elle permet de produire de manière rentable des moules non standardisés. Pour certaines applications, comme la fabrication de panneaux de tôle emboutie, le travail et le matériel nécessaires à la production des matrices sont assez importants, et il est souvent déraisonnable de fabriquer des matrices uniques pour un usage limité, comme pour un seul bâtiment. Pour de nombreuses autres méthodes de formage, cependant, il est possible à la fois de produire plus efficacement des formes uniques pour des applications et des moules uniques et de fabriquer une gamme de pièces dans une variété de matériaux.

William Massie, un pionnier dans le domaine de l'architecture CAO/FAO, a mené les premières expériences de production de coffrages à l'aide d'une toupie CNC. En tant que coordinateur de la recherche sur les technologies du bâtiment à l'université de Columbia, Massie a été immergé dans les réalités physiques de la fabrication et a poussé son potentiel numérique. Plus tard, alors qu'il enseignait à l'université du Montana, M. Massie s'est penché plus particulièrement sur le potentiel tectonique de l'utilisation de la toupie CNC.

Figure 41 Hans Scharoun, Berliner Philharmonie, Berlin, Allemagne, 1957-63. Panneaux de revêtement extérieur. Photo : James Schrader

Figure 42 Erwin Hauer, Design I, 1950. Photo : Avec l'aimable autorisation d'Erwin Hauer

Le mur en béton, résultat d'un projet de recherche intitulé "Virtual Model to Actual Construct", représente la première incursion de Massie, en 1997, dans le processus et l'un des premiers exemples architecturaux de réalisation d'un élément construit à l'échelle réelle à l'aide d'un processus piloté par ordinateur. Les surfaces du mur ont d'abord été modélisées numériquement sous forme de plans déformés. Les surfaces du mur ont d'abord été modélisées numériquement sous forme de plans déformés. Le modèle a ensuite été sectionné en une série de profils correspondant à une structure de coffrage nervurée. Contrairement aux coffrages habituels, qui sont construits selon la forme de la surface du mur et retirés après le durcissement du béton, ces nervures ont été conçues pour se tenir en travers et rester partiellement encastrées dans la structure une fois achevées. Les nervures, faites de contreplaqué mince, ont été perforées d'une série de fentes sur les bords pour enfiler de longues lamelles d'acrylique. Les pièces d'acrylique, bien que plates, étaient suffisamment fines et flexibles pour épouser la forme incurvée de la surface du mur. Une série de trous plus grands découpés au centre de chaque nervure permettait au mélange de béton humide de passer d'une section à l'autre, liant ainsi structurellement le mur. Les nervures du coffrage ont été facilement détachées une fois que le béton a durci, laissant les feuilles d'acrylique à décoller en dernière étape. Ce qui est frappant dans ce projet - outre le fait que les profils des nervures ont été réalisés à l'aide d'une toupie commandée par ordinateur à partir de données obtenues directement du modèle numérique - c'est qu'il a nécessité une stratégie de coffrage innovante. En d'autres termes, les particularités de la méthode numérique ont forcé Massie à revoir une pratique de construction standard et à en concevoir une nouvelle, qui offre son propre potentiel esthétique.11

11 Lisa Iwamoto - Digital Fabrications_ Architectural and Material Techniques (2009, Princeton Architectural Press) .

Figure 43 William Massie, "Virtual Model to Actual Construct", 1997.

Dans le sens des aiguilles d'une montre, à partir du haut à gauche : Modèle numérique du mur ; nervure de coffrage à commande numérique ; nervure de coffrage ; mur fini ; enlèvement du coffrage extérieur ; processus de moulage ; coffrage assemblé.

Photos : William Massie

Figure 44 William Massie, "Virtual Model to Actual Construct", 1997.

3-Technologies de fabrication :

Découpage bi-dimensionnel

Les fabrications bidimensionnelles transforment les feuilles planes d'aluminium, d'acier, de contreplaqué, d'acrylique, etc. d'épaisseurs variables en composants pour des assemblages tridimensionnels. Les feuilles planes peuvent être utilisées pour former des géométries en utilisant des techniques telles que : l'empilage, le facettage, etc. Les feuilles planes peuvent également être pliées pour former des géométries complexes développables, ou des géométries à courbure gaussienne nulle.

Les processus basés sur le découpage comprennent :

- Les découpeurs laser CNC.

Les découpeurs laser brûlent ou font fondre un matériau à l'aide d'un laser focalisé réglé sur une puissance et une vitesse de coupe. La vitesse et la puissance de coupe sont définies en fonction des propriétés dimensionnelles et physiques du matériau.

La découpe au laser ne peut pas être utilisée pour tous les matériaux, les feuilles d'aluminium réfléchissent le laser.

- Les découpeurs plasma

CNC

Les découpeurs au plasma découpent les matériaux à l'aide d'un flux concentré de gaz surchauffé ou de plasma.

La découpe au plasma est largement utilisée pour couper l'acier et l'aluminium.

- Découpeur

à jet d'eau CNC

Les découpeurs à jet d'eau découpent les matériaux à l'aide d'un jet d'eau focalisé combiné à une substance abrasive. Le principal avantage du jet d'eau est qu'il ne crée pas de zones affectées par la chaleur où la structure moléculaire est modifiée. Le jet d'eau peut être utilisé pour une large de matériaux, de l'acier au bois.12

Techniques soustractives :

Les techniques soustractives, telles que le fraisage CNC, créent des objets en enlevant de la matière. Les méthodes soustractives permettent d'obtenir le même résultat que les machines de découpe, avec la possibilité supplémentaire de spécifier la zone d'une coupeDes blocs solides de matériaux allant du bois au polystyrène peuvent être fraisés pour sculpter une géométrie décrite. Toutes les géométries ne peuvent pas être réalisées à l'aide du fraisage 3 axes et, dans de nombreux cas, les objets doivent être décomposés en plusieurs parties pour éviter les contre-dépouilles.

Les techniques soustractives comprennent :

- Fraiseuses CNC

-Coupeur de mousse à fil chaud

- Bras robotiques

Techniques additives

La fabrication additive crée des objets tridimensionnels par une accumulation de couches successives. Des termes tels que "prototypage rapide" ou "impression 3D" sont de plus en plus utilisés pour décrire la fabrication additive.

La fabrication additive permet aux concepteurs de fabriquer des objets impossibles à réaliser à l'aide de techniques soustractives. Des objets tels que des formes ramifiées, des torsions complexes, des pièces mobiles avec des détails complexes peuvent être réalisés, bien qu'à petite échelle.

Le processus de fabrication additive comprend trois étapes :

1. Création d'un modèle numérique 3D.

2. Conversion du modèle numérique en un format lisible par machine basé sur un code.

3. Impression 3D de l'objet.

Figure 45 Le pavillon Driftwood a été créé à l'aide d'une fraiseuse 3 axes à partir de planches de bois de grande taille.

Les techniques d'impression 3D les plus courantes sont : la stéréolithographie (SLA), le frittage sélectif par laser (SLS) et la modélisation par dépôt de fusibles (FDM).13

Conclusion :

Le design paramétrique est offre une variété de techniques utilisables dans différents aspects du projet. En utilisant les outils paramétriques, il est possible d’avoir plusieurs itérations en modifiant une partie du code. Il est possible d’intégrer des désignes variés obtenus grâce à l’outil paramétrique en utilisant des technologies tel que l’impression 3D, le moulage, ou le découpage.

Partie 3

Partie 3 : Etude d’exemples

Chapitre 1 : Design paramétrique + Techniques

vernaculaires : L’utilisation du Bambou et plantes régionales

1-L’utilisation traditionnelle du bambou :

1-1-Les propriétés du bambou : Dans leur habitat naturel, les bambous poussent à partir de graines ou de rhizomes. Le rhizome est très important pour le bambou. Comme le bambou n'a pas de tronc central comme dans arbres, les rhizomes constituent la base.

La propriété mécanique la plus importante est la masse du matériau par volume unitaire (qui est la masse volumique) exprimé généralement en kg/m3. Pour la plupart des bambous, la densité est d'environ 700-800 kg/m3, qui varie avec la qualité du site de culture, l’espèce, la position dans le chaume, etc.

Pourquoi cette propriété est-elle importante ? Plus la masse volumique augmente, plus le bambou est lourd car on a plus de molécules sont présentes dans l'unité de volume. En d'autres termes, plus la masse volumique est importante, plus le matériau est dense.

Évidemment, cela donne des propriétés qui sont souhaitables dans la plupart des situations. Ce rapport entre la masse par volume et la force donne quelques propriétés. Par exemple, la contrainte de flexion à la rupture (en N/mm2) peut être estimée à 0,14 fois la masse par volume (en kg/m3).14

Une caractéristique notable est que l'échec dans le cintrage du bambou n'est pas un échec. Cette déclaration illogique a besoin d'une explication. Si un essai de flexion est effectué sur une poutre de bois ou tout autre matériau de construction, d'abord une "fissure" se développe puis la poutre se brise en deux morceaux – un véritable échec. Tests de flexion, tels que le test de flexion à long terme illustré dans la Fig. 1, ont montré que le « fluage », qui augmente la déformation à long terme, ne se produit pas dans le bambou, alors que la plupart des bois sont bien connus pour cela.

14 Jules J.A. Janssen « Designing andBuilding withBamboo Technical University of Eindhoven ».

Figure 46 Rhizomes de bambou

Figure 47 Test de flexion sur Bamboo

1-2-L’utilisation du bambou :

Le bamboo a une variété d’utilisations, par exemple, Les échafaudages en bambou sont une riche tradition dans de nombreux pays asiatiques tels que la Chine, l'Inde et Thaïlande. L'échafaudage en bambou est bien connu pour sa capacité à résister aux ouragans. Des cas sont connus dans lesquels les échafaudages en bambou ont survécu aux ouragans qui ont emporté ceux en acier comme si c'étaient des allumettes.

Les échafaudages en bambou souffrent désormais de la concurrence échafaudage en acier, car ce dernier est un produit industriel aux dimensions normalisées, qui le rendent rapide à monter et à démonter. À cet égard, les échafaudages en bambou ont besoin quelques améliorations techniques. Certains aspects résistent au développement. Par exemple,dans la plupart des cas, la main-d'œuvre qui monte les échafaudages est organisée en corporations qui sont fermé aux personnes n'appartenant pas à certaines familles. Cette structure est une garantie pour bon transfert des savoirs traditionnels mais obstacle majeur à l'intégration

développements.

Le bambou est une excellente option pour un logement pas cher.

Le bambou est aussi convenable pour la conception de toit en porte-à-faux, structure en chaumes de bambou, parois en panneaux de bambous fendus avec mortier de ciment des deux côtés, et ventilation par la partie supérieure des murs (cette méthode de construction a ensuite été simplifiée et améliorée).

1-3-Techniques d’utilisation traditionnelles : a-La connexion « corde à friction » est largement utilisée dans la construction traditionnelle. Ces connexions utilisent des matériaux naturels comme le rotin, la fibre de coco pour joindre les chaumes de bambou ensemble. Pour obtenir des connexions plus serrées, nous utilisons des bandes de bambou vertes. Ces bandes sont arrosées avant utilisation et rétrécissent en séchant, résultant en une connexion plus forte.15

15 « Construction techniques used in Bamboo Architecture - RTF | RethinkingTheFuture.com consulté le 29/11/2021

Figure 48 Prototype de maison en bambou au Costa Rica

Figure 49 Menuiserie en corde tendue à friction utilisant des arrimages en rotin : source : ©https://bambus.rwthaachen.de

b- Connexion en cale

Dans une connexion en cale, une pièce de bois en forme de coin est enfoncée au niveau de l'articulation de deux membres en bambou.

Cependant, cette connexion nécessite un renforcement supplémentaire par l'utilisation de boulons.

c- Connexion boulonnée

La connexion boulonnée enfichable n'est pas très utilisée et fonctionne sur le même principe que l'assemblage à tenon et mortaise dans les menuiseries en bois. Il faut prendre soin d'éviter d'utiliser la connexion boulonnée enfichable près du bord de la tige pour éviter le fendillement du bambou.

d- Ajustement positif

Les connexions positives sont largement utilisées dans la construction traditionnelle en bambou. Ces connexions consistent à creuser un trou dans une tige de bambou et à insérer un bambou d'un diamètre légèrement plus petit. Le joint est encore renforcé à l'aide de boulons ou de chevilles. L'inconvénient de cette technique de jointoiement est la diminution de la résistance du bambou à cause de la découpe du trou.16

16 « Construction techniques used in Bamboo Architecture - RTF | RethinkingTheFuture.com consulté le 29/11/2021

Figure 50 Schéma montrant la connexion Wedge : source : ©https://bambus.rwthaachen.de

Figure 51Schéma montrant la connexion boulonnée: source : ©https://bambus.rwth-aachen.de

Figure 52Techniques de construction utilisées dans l'architecture en bambou

2-Utilisation paramétrique, étude de cas : Bamboo Pavillon par ZUO STUDIO

2-1-introduction au Projet

Architecte : ZUO studio

Addresse : No.2, Fengzhou Rd., Fengyuan Dist., Taichung City 420, Taiwan

Equipe de design : Rex Chen, Alvaro Miñé Caloto, Amelie Chuang, Heidi Wong

Type de batiment : Pavilion

Collaborateurs : FormGen Construction Ltd., Champion Construction Ltd.

surface : 1570.0 m2

Année : 2018

Traduction du texte descriptif fourni par les architectes à Parametricarchitecture.com: « La ville la plus habitée à Taiwan s’appelle Taichung. La ville se développe et, comme d'autres industries, maintient l'industrie de la construction en vie. Situé dans la quatrième zone du parc Fengyuan Huludun, le hall d'exposition Bamboo Pavilion est parrainé par l'Association de développement immobilier de Taichung.

Étant donné que l'association est principalement composée des plus grandes entreprises de construction de bâtiments, notre objectif principal était de combiner leur esprit pur avec Flora Exposition, y compris les soins de santé physique et mentale, le dévouement à l'utilité

Figure 53Image prise par SHIH-HONG, YANG

sociale et la méthode d'ingénierie, avec la force et la fonctionnalité des matériaux de construction écologiques de Taïwan.

Conformément au thème de l'exposition mondiale de la flore de Taichung - Beauté de Formosa de Taiwan - nous obtenons la vue de la chaîne de montagnes centrale, faisant de la perspective du pavillon de bambou l'apparence d'une graine née de la surface du sol, entourée d'eau.

À l'intérieur comme à l'extérieur, connectez-vous avec la Nature d'une manière fluide. La perception de l'utilisateur ressemble à une marche dans une forêt de bambous, ce qui améliore l'expérience dans ce pavillon. En levant la tête, on peut regarder le ciel au-dessus de la cime de la forêt. »17

Ce projet s’appuie fortement sur l’utilisation de matériau locaux, les matériaux utilisés sont tous des espèces indigènes de Taïwan, le bambou « Moso » et le bambou « Makino » originaires des régions de Nantou et Chiayi était le choix pris. Vu l'échelle de l'espace de l'installation, le pavillon exprime pleinement la ténacité et les propriétés du bambou dans la conception.

En mélangeant dimension constructive et techniques de tissage, il crée un espace intemporel qui reflète la cohérence.

Figure 55 Images prises par SHIH-HONG, YANG

17 Asli Say, « Bamboo Pavilion by ZUO STUDIO https://parametric-architecture.com/bamboopavilion-by-zuo-studio/ ».

Figure 54Image prise par SHIH-HONG, YANG

Figure 56 Images prises par SHIH-HONG, YANG

Figure 57Documents techniques fourni par l’architecte à Archdaily.com

2-2-Analyse de la démarche conceptuelle :

- HAN Shuang, « Bamboo Pavilion / ZUO STUDIO ».

Le pavillon est constitué d’une séquence de courbes de différentes hauteurs, qui sont plus haute au centre du plan et moins hautes aux extrémités. Ces courbes sont en principes basées sur des courbes mathématiques chainette inversés.

En mathématiques, la chaînette est une courbe plane transcendante, qui correspond à la forme que prend un câble (ou une chaîne) lorsqu'il est suspendu par ses extrémités et soumis à une force gravitationnelle uniforme (son propre poids). On lui donne parfois le nom de vélaire. 19

Ces courbes ont été utilisé de manière paramétrique en augmentant graduellement la hauteur de chaque courbe en s’approchant du centre et vis versa vers les extrémités.

Ce résultat est achevable en utilisant les fonctions « Catenary » et « Scale du plug-in Grasshopper sur Rhino, » avec une condition de hauteur qui augmente vers le centre et diminue vers les extrémités.

Figure 60 La commande Catenary sur Grasshopper

Figure 59 Différents tubes métalliques utilisés avec le bambou dans la structure du pavillon

Figure 58 Utilisation de la commande Catenary

2-3-Construction du pavillon : La construction du pavillon se fait par l’installation d’ailes métalliques, quand l’installation de ses structures métalliques en courbes de chainette est effectuée, la structure en bambou sera construite en même temps de chaque côté, de façon symétrique pendant la construction.

Lorsque toute les courbes seront mises en place, les artisans vont couvrir toute la structure en bambou, renforcent ainsi ses propriétés de résistance.

La dernière étape est le tissage, cette phase permet d’unifier la structure et de l’homogénéiser

Figure 61Plan du Pavillon

Afin de permettre la construction de façon confortable aux ouvriers, un système d’échafaudage est mis en place :

Figure 62 Phases de construction

2-4- détails techniques : -Details de construction :

Ci-dessous est un inventaire détaillé des différentes sections de construction et leurs dimensions.

Figure 63 Documents techniques fournis par l’architecte à archdaily.com

3-Plus de constructions paramétriques avec plantes régionales :

3-1-Création d’espace intérieur : des studios par Enter Project Asia à Bangkok

Enter Project Asia a utilisé la plante du rotin, un type de plantes grimpantes avec des tiges de bois flexibles pour diviser un espace de 450m² en espaces triangulaires à Bangkok en séries de studio de Yoga.

Supporté par une structure de bois thaïlandais, le matériau a été utilisé pour diviser deux espaces à usage public de Yoga et renfermer totalement deuxplus petits- espaces privés.

L’utilisation de ce matériau a pour but de créer une oasis urbaine à Bangkok, pour s’éloigner du travail quotidien.

L’utilisation du rotin était un choix écologique, puisque cette plante est disponible dans un endroit du pays ou les studios se situent. Tous les éléments du projet sont fabriqués de matériaux naturels, locaux. Le résultat est un espace calme et tranquille dans une ville chaotique.20

20 « https://www.dezeen.com/2020/09/27/rattan-yoga-studio-bangkok-vikasa-enter-projectsasia/?li_source=LI&li_medium=rhs_block_1 ».

Figure 65 En plus des partitions du studio, des fournitures ont été fabriqués de la même procédure et matériaux.

Figure 64 Intérieur du studio

3-2-Urban Park Micro rénovation par Atelier cnS+School of Architecture, Sud de la Chine :

Architectes : Atelier cnS, School of Architecture, Sud de la China University of Technology

Surface: 480 m²

Photographs: Siming Wu, cnS

Clients: Gouvernement de Beijiao Town, Foshan City

Location: Foshan, China

Ce projet utilise des matériaux locaux et des techniques de constructions locales, la construction du projet à été effectuée en participation avec les villageois pendant la transformation et la production des éléments de construction.

Suivant ainsi une approche écologique et durable : l’utilisation de matériaux locaux, des techniques locales, et offrant une opportunité de travail au villageois, pour un projet doté d’un design paramétrique contemporain.21

21 « Urban Park Micro Renovation by Atelier cnS + School of Architecture, South China University of Technology ».

Figure 66 Urban Park Micro

Figure 67 contribution des villageois

Chapitre 2 : Design paramétrique + Techniques vernaculaires : recherche sur l’utilisation alternative de briques en Indonésie

1-introduction :

Quartier de Trowulan situé à Mojokerto (Java Est) a été établi autour 1900. Il existe de nombreux artefacts et sites historiques qui ont été découvert et ils donnent des informations sur les cultures anciennes de Trowulans et l'Empire de Majapahit. Outre sa valeur historique en tant qu'héritage de Majapahit, Trowulan est également connue comme un lieu d'artisanat. Il y a un groupe d'artistes qui s'étend dans des zones différentes et qui sont catégorisés en fonction de 3 matériaux principaux utilisés qui sont : la terre cuite, pierre et bronze. Cette catégorisation est basée sur les faits que la majorité des artefacts qui ont été découverts dans cette région ont été fabriqués à partir de ces 3 matériaux.22

Basé sur la définition de l'archéologie indonésienne, la terre cuite est une argile qui est passée par le processus de cuisson. Parmi les produits en terre cuite, il y a des formes de figurines (à la fois humaines et animales), modèles de temples, modèles de maisons traditionnelles ou détail de maison traditionnelle. Les produits en terre cuite soutiennent l'économie des villageois.

Outre l'artisanat, la brique est également un produit phare de ce quartier. Les Briques traditionnelles dont le processus de production et d’application sont encore intact de la technologie et des méthodes de design modernes existent aussi.

Les dimensions utilisées pour les briques sont principalement : 240x115x52 (longueur x Largeur x hauteur).

Cette recherche propose une manière de pose alternative de briques de Trowulan. L'intention initiale est d'impliquer la technologie émergente de conception paramétrique sur les étapes de conception.

Dans cette recherche, La technique de pose traditionnelle de briques sera réinterprétée par un logiciel paramétrique. La formation Bricks sera modélisée dans le logiciel de modélisation Rhino et les paramètres des études d'objets seront calculé et projeté par le plugin Grasshopper. Le modèle des objets sera simulé dans le logiciel Rhino et imprimé en modèles réduits par imprimante 3D.

2-La technique de construction en briques :

Les briques Trowulan sont fabriqué du même matériau que les produits artisanaux en terre cuite. Les Temples de Majapahit trouvés utilisent également le même matériau. Les briques sont dérivées de la sol rouge typique de la région. L'argile doit être mouillée avant d'être utilisée pour les briques. Une fois que le sol devient solide, il peut être moulé, suivi d'un processus de séchage et de cuisson.

Ce processus est connu depuis des centaines d'années. La plupart des fabricants de briques cuites travaillent depuis leurs domiciles et ont des compétences qui ont été enseignées de génération en génération. Les dimensions des briques produites n’est pas mathématiquement précise et la qualité est très dépendante des conditions météorologiques mais ce genre de briques est très abordable.

De nos jours, ils existent différentes dimensions de briques couramment utilisées dans pratique

1. Briques conventionnelles (23x11x5cm),

2. Briques modulaires (10x6x20cm),

3. « Norman Bricks » (10x6x30cm),

4. Briques conçues (10x8x20cm),

5. Briques Norvégiennes (10x8x30cm),

6. Briques Romaines (10x8x30cm),

7. Briques Économiques (10x10x30cm).

En Indonésie, il existe 3 types généraux de briques.

1. Les brique faite à la main, très abordable et la qualité dépend fortement des conditions météorologiques.

Figure 68 Maison traditionnelle du village de Majapahit à Trowulan

2. La brique pressée fabriquée en usine avec une machine. Les briques sont brûlées dans le four à haute température (1000 celcius) et refroidies pendant 48-72 heures. Les briques pressées ont une meilleure qualité.

3. brique de revêtement est un type de brique utilisé dans les finitions ou décorations.

Il y a aussi 4 manières différentes de poser les briques (figure 7, 8 et 9) 1. « Stretcher Bond » ou appelée « Running Bond » qui alternent entre la face la plus étroite et plus longue des briques. C'est un simple motif répétitif. 2. « Header » ou « heading bone » utilisé pour la

Figure 69 Types de liaisons en briques. schémas fournis par constructor.org

construction de murs. 3. « English Bond » est une combinaison de « Stretcher bond » et « Flemish bond « 4. Le « Flemish Bond », également connu sous le nom de « Dutch Bond », est créé en posant des en-têtes alternatifs et brancards.

3-L’approche paramétrique du design : A partir de ce qu’il a été mentionné précédemment, on peut conclure que la technique de construction en brique reste séparée du processus du design.

L’approche paramétrique défie la méthode traditionnelle de pose de briques. Le design doit être intégré dès la phase de pose de brique.

La brique a de nombreuses fois utilisé pour les architectures contemporaines des matériaux, car le la qualité et le coût varient largement selon la gamme.

Cette recherche se concentre sur les briques qui sont faites par les villageois Trowuliens. La production est très traditionnelle et à forte intensité de main-d'œuvre, parce que le processus de moulage et le processus de cuisson sont principalement manuels.

Les L'avantage des briques de Trowulan sont : une longue durée de vie, résistant aux intempéries, ignifuge, imperméable à l'eau, n’ont pas besoin de compétences spéciales, ont une dimension relativement petite-facile pour le transport.

Les désavantages des briques faites à la main sont : le processus de construction est long, une forte température d'écart réduira la qualité des briques.

La pose de briques est généralement construite au long d’un système de coordonnées cartésiennes. Mathématiquement, l'emplacement des objets est spécifié par chaque point d'une paire de coordonnées numériques. La coordonnée décrite comme une position de projection perpendiculaire des points.

On génère un mur de briques traditionnelles de dimension 23x11x5cm sur le logiciel Rhino en utilisant le plug-in grasshopper, la liaison de brique est faite suivant le modèle de « stretcher bond » mentionné précédemment, qui est utilisé traditionnellement en Indonésie.

Figure 70 Briques basée sur la définiton des paramètres sur grasshopper

Après l’utilisation de la fonction loft pour créer la surface, et l’avoir divisée horizontalement, les briques sont placés sur la courbe.

D'après la définition compilée, on peut voir que la position des briques n'est pas placée correctement. Le curseur numérique de chaque définition est un paramètre pour façonner l'objet visuellement. L'utilisateur peut faire glisser chaque

Figure 73 Division de la courbe

Figure 74 Premier résultat indésirable

paramètre pour obtenir la forme souhaitée.

Figure 71 Stretcher Bond

Figure 72 La fonction loft

Le processus de conception paramétrique peut alors être décrit comme le suit : 1. Un outil de conception 2. Un moyen de créer des variations 3. Un moyen de sélectionner des résultats souhaitables.24

La prochaine phase de ce processus consiste à construire un modèle à l'échelle.

Les modèles réduits sont imprimés avec une imprimante 3D. L'imprimante 3D fonctionne sur la base du « contouring procedure ». A partir du processus d'impression, on peut voir les possibilités de le construire.

4-Conclusion :

Les technologies émergentes ont permis de trouver des façons alternatives pour créer en utilisant les techniques traditionnelles, grâce au design paramétrique, la pose de brique est devenue une technique qui comble le fossé entre la technique traditionnelle et l’approche du design contemporain. Le design paramétrique est proposé alors pour trouver des façons alternatives pour produire des éléments architectoniques traditionnels.

Figure 75 D’une surface créée avec la fonction « loft » à un mur de briques.

Figure 76 Modèle à échelle réduite imprimé en 3d.

5-D’autres exemples utilisant les techniques de brique de façon paramétrique :

5-1-Sienna Apartments : jeu de briques par Sameep Padora et associés :

Nom : Appartements Sienna

Client : Jagdish & Srinivas Idupuganti

Emplacement : Hyderabad, Telangana, Inde.

Superficie : 20,000 pieds carrés

Année d'achèvement : 2018

Architectes : Sameep Padora & Associates

Équipe de conception : Mythili Shetty, Vami Sheth, Aparna Dhareshwar, Diane Athiade

Sienna Apartments présente un ensemble exquis de briques apparentes, posant un motif incurvé conçu par Sameep Padora & Associates. Dans la ville d'Hyderabad en Inde, le site englobe un petit immeuble d'habitation dans la zone du poste de contrôle de Jubilee Hills.

L'environnement offre des vues panoramiques à l'échelle de la ville et du parc paysager attenant. Les architectes ont innové en lançant l'idée dans la ville d'Hyderabad, l'une des premières à utiliser des techniques de codage et des méthodes de construction basées sur la forme pour les nouveaux bâtiments. Le client a demandé aux architectes d'avancer les travaux

Figure 77 Appartements Sienna

sur le bâtiment après avoir reçu les autorisations municipales pour étendre l'enveloppe du bâtiment.25

Au fur et à mesure de l'évolution de la conception et du respect de l'enveloppe du bâtiment approuvée, les concepteurs ont repensé la disposition des étages afin d'accueillir deux appartements par étage. La conception des appartements intègre même des terrasses et des balcons à ventilation croisée sur les faces adjacentes de chaque phase, donnant sur des vues vertes prolifiques.

Deuxième point d'intervention, la peau du bâtiment de Sienna Apartments est composée de murs en briques décorées et de protections solaires horizontales. En faisant appel à des maîtres briquetiers de Pondichéry, dans le sud de l'Inde, ils ont conçu un système de murs intégrant des briques de 9 pouces. La structure est en encorbellement pour faire transiter la charge des linteaux/Chajjas en pierre qui l'encadrent. Des baies vitrées encastrées forment des ouvertures grâce à la maçonnerie en encorbellement et aux linteaux en pierre en porte-à-faux.

Figure 78 Etapes de conception

Figure 79 Guides de pose de briques utilisés

Pour certifier l'intégrité structurelle des murs en encorbellement, les architectes ont fabriqué des gabarits en bois pour que les maçons puissent assembler et placer les briques selon les angles requis. Les murs en encorbellement définissent visuellement le projet, ajoutant le potentiel systémique de la conception à partir de prototypes simples et de faible technicité qui consentent à l'encorbellement avec une précision clinique.

5-2-Kahrizak projet residentiel par CAAT studio :

Architectes : CAAT Studio

Superficie : 1660 m²

Emplacement : Kahrizak, Téhéran, Iran

Photographies : Parham Taghioff, Ashkan

Radnia

En s'inspirant de l'architecture traditionnelle des régions désertiques, CAAT Studio tisse un design modulaire en briques basé sur les motifs géométriques iraniens. Le projet résidentiel Kahrizak est déterminé à améliorer les conditions de vie des résidents. Les concepteurs ont conçu un bâtiment exceptionnel avec des solutions ingénieuses, adaptées au facteur de logement et au climat de la région.

La conception s'appuie sur la typologie culturelle d'une méthode rentable sans compromettre la qualité ou la norme, obtenue grâce à une interaction et une coopération efficace entre l'architecte, le client et les collaborateurs.26

Figure 80 Encorbellement créé

Figure 81 Façade du bâtiment

Le principe historique de l'architecture iranienne met l'accent sur la richesse des détails et la coexistence avec la simplicité de l'échelle globale, qui s'intègre au contexte et aux fonctions. Dans l'architecture iranienne traditionnelle, les habitants construisaient leurs maisons en fonction des conditions durables et climatiques. Ces considérations architecturales ont conduit à la création d'une variété de typologies inspirées des différentes zones climatiques du pays.

Le choix du matériau était important pour choisir quelque chose d'abordable et facilement transportable sur le site. Les concepteurs ont envisagé des blocs d'argile, qui étaient produits dans une usine voisine, ce qui a considérablement réduit les frais de transport. Les modules en briques étaient adaptés aux cadres segmentés. Le béton était le matériau le moins cher qui permettait de créer l'impression d'espace souhaitée. De cette façon, ils ont réduit le coût du projet à son minimum tout en créant des espaces intérieurs de haute qualité.

Les ouvriers régionaux ont été spécialement formés par l'équipe du studio CAAT. Ils ont habilement disposé un nombre suffisant de modules après quelques modules tests avant le début de la phase de construction finale. L'étroite collaboration entre l'architecte et le client a permis de faire avancer ce projet dans un quartier à moitié oublié et d'atteindre enfin la satisfaction des habitants. Quelques unités ont été vendues pendant la phase de construction au même prix qu'un bâtiment terminé dans le quartier, alors qu'il y avait tant de bâtiments terminés restés invendus, ce qui a permis au client de rentabiliser le projet encore plus.27

Figure 82 différents motifs utilisés

Chapitre 3 :Design paramétrique et construction manuelle plus facile grâce à technologie de réalité augmentée : L’exposition 2021: A Steam Odyssey par Soomeen Hahm

1-Introduction :

La réalité augmentée est la superposition de la réalité et d'éléments (sons, images 2D, 3D, vidéos, etc.) calculés par un système informatique en temps réel. Elle désigne souvent les différentes méthodes qui permettent d'incruster de façon réaliste des objets virtuels dans une séquence d'images.28

La technologie de casque de réalité augmentée utilisé s’appelle Holo lens, le program utilisé s’appelle Fologram.

Microsoft HoloLens est une paire de lunettes de réalité mixte permettant de simuler des hologrammes qui s’intègrent dans le champ de vision de l’utilisateur. Microsoft l'a présenté lors de la conférence Windows 10: The Next Chapter le 21 janvier 20151,2,3. Il fait partie du projet Windows Holographic, une plateforme dédiée à la réalité augmentée et intégrée à Windows 10.29

Le programme utilisé « Fologram » permet de connecter le modèle développer sur Grassshopper et interagir avec en temps réel, permettant ainsi la création d’un guide perpétuel de construction, d’ailleurs plusieurs projets profitent de cette combinaison Fologram+ Holo lens, cette technologie se prouve utile pour la construction de murs inusuelles en briques.30

Figure 83 Capture du plan d'un édifice avec un gyroscope à 3 axes et des accéléromètres.

Figure 84 Lunettes holo lens (vue de face)

Figure 85 Le logo de Fologram

2-Le projet : 2021 : A Steam Odyssey est conceptualisé autour de l'idée que la fabrication en réalité augmentée revigore l'artisanat traditionnel en augmentant les compétences manuelles et matérielles avec la précision et les possibilités formelles de la modélisation numériqueoccupant le territoire entre la fabrication purement automatisée et exclusivement robotisée et les processus hautement artisanaux nécessitant du travail humain.

Crédit du projet : SoomeenHahm Design & Igor Pantic

Équipe de conception : Soomeen Hahm, Igor Pantic, Hanjun Kim

Équipe de construction : DaeWoong Kim, Shun Sasaki

Conception de l'application : MoFei Li

Montage vidéo : Yiguan Liu

Consultant : Format Engineers

Figure 86 2021 a steam odyssey

La pièce maîtresse de l'exposition, conçue en collaboration avec Igor Pantic, est une structure construite en bois dur cintré à la vapeur à l'aide d'outils manuels primitifs et de la précision de guides holographiques intelligents. L'exposition explore des stratégies alternatives pour la fabrication de structures architecturales conçues numériquement, en utilisant des dispositifs de pointe montés sur la tête (HMD) pour assister par le biais d’holographes les travailleurs dans la fabrication et l'assemblage de composants très variés à l'aide de techniques artisanales traditionnelles.

La pièce d'exposition elle-même, qui est une section à l'échelle réelle d'un espace habitable plus grand, représente une nouvelle étape dans l'évolution des recherches en cours de Soomeen Hahm Design sur les structures complexes en bois, assemblées avec l'aide de la RA. Elle s'appuie sur la méthodologie développée pour le pavillon Steampunk de la Biennale de Tallinn 2019 (conçu par Hahm, Pantic, Gwyllim Jahn et Cameron Newnham), en l'étendant davantage dans le domaine de l'espace entièrement fonctionnel.31

Exposée dans la galerie SCI-Arc, l'équipe de conception a exploré une nouvelle application de la technologie de réalité augmentée sur la conception et la construction architecturale. 2021 : A Steam Odyssey conceptualise l'idée d'une RA rafraîchissant l'artisanat traditionnel en augmentant les compétences manuelles et matérielles avec la précision et les possibilités étendues de la modélisation numérique. L'exécution délimite le territoire entre la fabrication purement automatisée et la fabrication robotisée, en intégrant les processus hautement artisanaux au travail humain.32

31 « 2021: A STEAM ODYSSEY - SoomeenHahm.com». consulté le 29 Novembre 2021

32 « 2021: A Steam Odyssey by SoomeenHahm.com ». consulté le 29 Novembre 2021

Figure 87 le pavillon

Figure 88 réalité augmentée utilisée pendant la construction

Selon Hahm, il est essentiel de comprendre que la fabrication assistée par la réalité augmentée ne doit pas être considérée comme une alternative à l'automatisation et à la robotique, mais qu'elle vise à élargir la compréhension de la production automatisée. Il ajoute également que l'équipe s'intéresse à l'interaction entre l'homme, la machine et les données, ainsi qu'à leurs relations mutuelles, tout au long des processus de conception et de fabrication informatiques.

Figure 89 Processus de fabrication

Chapitre 4 : Design paramétrique pour digitaliser le patrimoine : cas du Muqarnas’

1-Le Muqarnas en architecture islamique : Les muqarnas (سنرقم en persan moqarnas, صنرقم , mouqarnas en arabe, mocárabes en castillan) sont un motif ornemental de l'architecture islamique depuis l'époque médiévale.

Il s'agit d'éléments décoratifs en forme de nids d'abeilles et réalisés en stuc peint, en bois, en pierre ou en brique. Ces éléments dégringolent en stalactites ou garnissent les voûtes ou l'intérieur des coupoles de nombreux bâtiments musulmans.

Selon les thèses orientalistes classiques (notamment persophiles), les premiers muqarnas apparurent en Iran-Irak à la fin du xie siècle, sous la dynastie seldjoukide. Ils se répandirent ensuite rapidement en Syrie, en Turquie, en Égypte et jusqu'en Andalousie le siècle suivant1. Au xie siècle, la littérature persane les évoque pour la première fois vers 1077-1078 sous le nom de « pieds de gazelle » (ahou pây)2. Dans le monde chiite est répandue l'idée selon laquelle les muqarnas tireraient leur origine des réfugiés duodécimains dans les grottes calcaires des monts

Elbourz du nord de l'Iran, pleines de stalactites, pour échapper à la torture des Seldjoukides3. Ce furent d'abord les mausolées chiites qui se couvrirent de stalactites, avant de devenir à la mode dans le monde islamique. Mode répandue par les maçons duodécimains, puis soufis dont les couvents à l'inverse étaient protégés par les Seldjoukides. Ces grottes symboliques se multipliaient dans les imamzadehs. Ce motif fait écho inconsciemment aux grottes du culte de Mithra quelques siècles plus tôt.33

2- Une analyse comparative des reconstructions numériques des systèmes de muqarnas : L'étude de cas étude des muqarnas de Sultanhanı en Anatolie centrale

2-1-Introduction : Le Muqarnas est un système de conception informatique, largement utilisé pour les voûtes, les dômes, les niches, les arcs, les portails et les minarets.

Figure 90 Muqarnas du plafond d'entrée de la mosquée Vakil de Chiraz (Iran).

Figure 91 Muqarnas de la mosquée de Sidi Bellahsen (Algérie)

Il existe de nombreux exemples de muqarnas de l'Inde à l'Asie occidentale, au MoyenOrient, en Anatolie, en Afrique du Nord et en Andalousie.

L'objectif principal des muqarnas est généralement défini comme une transition douce entre les éléments de construction dans les portails, les éléments prismatiques des muqarnas sont disposés dans un ordre spécifique de sorte qu'ils se chevauchent et s'élèvent en formant une saillie, à partir du côté intérieur de la surface du mur, transformant le plan rectangulaire en un polygone, pour ensuite se rassembler progressivement en un point du mur de façade.

Ainsi est créé un espace d'entrée élevé qui s'ouvre progressivement (Figure 1). La sophistication esthétique présentée par les compositions de muqarnas sont généralement associées à leur qualité visuelle sculpturale, provoquant des effets de lumière et d'ombre.

La plupart des sources indiquent que les premiers exemples connus de muqarnas proviennent d'Iran, au début du premier millénaire, et se sont répandus de l'Asie centrale à l'Andalousie. Bien qu'il soit apparu dans le monde islamique, des exemples ultérieurs sont visibles dans d'autres régions, comme la Cappella Palatina de Palerme et la chapelle de l'Assomption du monastère de Las Huelgas à Burgos (XIIIe siècle).

Certaines sources traduisent le mot muqarnas comme un mot arabe désignant une voûte de stalactites, mais les avis divergent quant aux racines du terme. L'une des hypothèses les plus acceptées est basée sur un mot arabe qurnas, signifiant similaire à pointu. L'autre argument est basé sur un mot grec κοrwνιs, signifiant courbé. Ödekan a avancé une autre hypothèse, basée sur Arseven, selon laquelle le mot pourrait être originaire de karnas, qui signifie saillie en yakut, ou turc sakha.

Les muqarnas ont été un champ de recherche majeur pour les historiens de l'art et les archéologues, étudiant l'art et l'architecture du Moyen-Orient et du Proche-Orient. Les études sur les muqarnas ont révélé de nombreuses interprétations différentes, dont la plupart affirment qu'elles sont uniques et originales. Il est possible de diviser ces études en deux grandes branches. L'une d'elles est la branche de recherche qui se concentre sur les significations sociales, politiques et théologiques des muqarnas. Comme le sujet couvre une large géographie et une large période, il est difficile, voire impossible, de faire des généralisations solides dans ce domaine de recherche. Pour cette raison, l'importance de concentrer ces études dans un certain contexte et une perspective historique devient évidente. Les contextes historiques, culturels, théologiques et politiques détaillés des muqarnas peuvent être suivis à partir des études de Tabbaa et Carillo. Une autre branche importante de la recherche sur les muqarnas se concentre sur les qualités géométriques, où les mathématiciens, architectes et les spécialistes de la conception informatique sont à l'avant-garde. L'objectif de cette étude est de contribuer aux études actuelles sur la géométrie des muqarnas.34

2-2- travaux connexes : La plupart des études sur l'analyse géométrique des muqarnas sont issues des travaux de Ghiyâth al-Dîn Jamshîd Kâshânî (al-Kashi) (1380-1429). Il est surtout connu pour son livre intitulé : Miftah al-Hisab (La clé de l'arithmétique) (1480-1429). de l'arithmétique) (1427). Dans

34 Dinçer et Yazar, « A Comparative Analysis of the Digital Re-Constructions of Muqarnas Systems ».

ce livre, al-Kashi a donné la première définition analytique connue des muqarnas. L’ouvrage d'al-Kashi a non seulement expliqué les méthodes pratiques de conception et de construction des muqarnas mais a également permis aux mathématiciens et aux architectes d'établir un langage commun.

Bien qu'al-Kashi n'ait pas expliqué la méthodologie de construction des muqarnas, il s'est intéressé de près aux caractéristiques géométriques de ses éléments. Aujourd'hui, al-Kashi est toujours référencé comme une solution au problème de la géométrie computationnelle des muqarnas. Özdural14 et Dold-Samplonius6 ont expliqué les principes fondamentaux des unités de muqarnas, en se basant sur al-Kashi. Harb a également étudié les calculs d'al-Kashi. DoldSamplonius et Harmsen ont utilisé les méthodes de Harb et les calculs d'al-Kashi pour comprendre les principes de base de la conception des systèmes de muqarnas. Selon ces principes, les compositions de muqarnas se composent généralement de plusieurs types d'unités tridimensionnelles appelées éléments ou blocs. Ces éléments sont appelés losange, grand bipède, petit bipède, amande et cruche. Les combinaisons de ces éléments obéissent à certaines règles.

Shiro Takahashi a collecté des exemples de muqarnas dans le monde entier, les a classés et partagés dans une base de données en ligne. Dans cette base de données, les exemples de muqarnas sont classés en trois types différents : les muqarnas carrés les muqarnas en treillis carré, les muqarnas en table à poteaux et les autres qui n'appartiennent pas à ces deux types.

Le style carré contient des rhombes et des tuiles basées sur des carrés, le style table polaire se différencie en polygones et les autres styles ont des conceptions de muqarnas uniques basés sur une région ou un bâtiment.

La thèse de Silvia Harmsen porte sur les fondements mathématiques des systèmes de muqarnas. Harmsen a développé des outils logiciels qui sont utilisés pour déterminer les conceptions de muqarnas à partir de leurs vues de projection.

Cet ensemble de logiciels a prouvé qu'il est possible, d'un point de vue algorithmique, de traduire avec précision les motifs bidimensionnels des muqarnas en compositions tridimensionnelles.

En plus de ces études analytiques, il existe également des études de recherche en conception qui visent à étirer les règles et les limites de la géométrie des muqarnas et à ouvrir de nouvelles voies à la créativité mathématique. Par exemple, Yaghan a créé de nouvelles versions des formes classiques des muqarnas en développant de nouvelles unités.

Une autre recherche récente est la thèse de maîtrise de l'architecte Imani, qui a suggéré un flux de travail alternatif pour la reconstruction assistée par ordinateur des dessins de muqarnas. Imani a suggéré deux approches alternatives d'analyse, à savoir des analyses des motifs de muqarnas basées sur les motifs et sur les couches. Toujours en 2017, Alaçam a dirigé une équipe de chercheurs qui ont étudié les techniques de pliage du papier pour analyser la tectonique des muqarnas au niveau conceptuel.

Comme la conception habituelle des muqarnas dépend des mathématiques et de la logique, ils ont tenté une expérience alternative de recherche de formes pour comprendre les processus génératifs et structurels des muqarnas.

Alaçam et Güzelci ont aussi étudié l'utilisation d'un logiciel de modélisation paramétrique pour révéler les potentiels tacites de la de la géométrie abstraite des muqarnas et de générer de nouvelles conceptions.35

3-3-Méthodologie :

Cette recherche est basée sur une étude de cas, visant à définir, interpréter et généraliser plusieurs flux de travail de modélisation numérique dans le contexte expliqué cidessus.

Le logiciel Rhinoceros a été utilisé dans le processus de modélisation numérique.

Les algorithmes génératifs ont été créés avec l'interface Grasshopper pour Rhinoceros. Grasshopper est utilisé pour créer des diagrammes de flux de données, car il permet à des nonprogrammeurs de développer des algorithmes rapides et efficaces.

La recherche de Dinçer et Yazar plusieurs méthodes différentes de modélisation, nous allons nous contentez La première, à titre d’exemple, puis voir brièvement les autres méthodes.

3-4-Le workflow classique : Modélisation basée sur les éléments :

Le flux de travail de la modélisation par éléments comporte trois étapes principales :

Étape 1 : Calculer les formes 2D des éléments de muqarnas.Ces éléments sont les blocs de construction fondamentaux d'un muqarnas, et ils sont généralement appelés cruche, carré, demi-carré, grand bipède, petit bipède, amande et losange. Les définitions géométriques de ces éléments sont basées sur les travaux connexes trouvés dans la littérature, brièvement expliqués dans la section précédente. Dans la littérature, ces éléments sont généralement analysés en deux catégories principales. Les cellules sont considérées comme les éléments principaux d'un muqarnas, tandis que les pièces intermédiaires sont définies comme des éléments complémentaires aux cellules. Dans la vue en plan, la cruche et le grand bipède sont des pièces complémentaires, vues comme les deux parties d'un carré. L'amande et le grand bipède sont positionnés comme les deux parties d'un losange. Dans la vue en coupe, ces éléments sont géométriquement composés de facettes et de toits. Dold-Samplonius explique la méthode pour construire la courbe de profil de ces éléments. Cette méthode provient d’alKashi, qui l'aurait apprise des maçons.

[AB] défini comme une unité et dessiné verticalement. Ensuite, [BC] a le double de la longueur de [AB]. Du point A à [BC], [AE] est dessiné avec un angle BAE de 30°. [AE] divisé en cinq parties, on détermine le point F ou 2[AF] = 3[FE]. Sur [BC], on détermine G où [FE] = [EG]. Le cercle centré h tangent au point F et au point G, où le côté courbe des éléments est construit (figure 2). Comme ces éléments ont des relations géométriques et proportionnelles strictes, les potentiels génératifs de l'algorithme basé sur les éléments sont principalement basés sur les décisions prises à cette étape.

35 Dinçer et Yazar.

Dans la littérature des muqarnas seldjoukides anatoliennes, les éléments sont généralement réduits à deux catégories principales, nommées yaprak (feuille) qui est un nom général des éléments amande, cruche et losange ; et kaz ayağı (patte d'oie), qui est le nom général du petit et du grand bipède. Selon Tayla, les principaux éléments des muqarnas sont les unités concaves appelées yaprak (feuille). Dans cette approche, le kaz ayağı est considéré comme comme l'unité supplémentaire qui est utilisée pour compléter le yaprak.36

Étape 2 : Disposition des éléments pour construire une disposition en 2D. Au cours de cette étape, les caractéristiques proportionnelles des éléments sont utilisées pour les combiner et, en fin de compte, pour créer la projection en 2D des muqarnas qui remplissent la zone souhaitée sans lacunes ni chevauchements. Ceci représente également la projection en 2D des muqarnas et fournit des informations précieuses sur sa composition globale. À ce stade, les relations entre la disposition (figure 3(étape 2)) et les éléments (figure 3(étape 1)) deviennent importantes. Le processus de modélisation révèle une « feedback loop » entre ces deux étapes.

36 Dinçer et Yazar.

Figure 92 méthode de construction du profile courbé expliquée par Al Kashy

Étape 3 : Surélever les éléments en utilisant des niveaux. Les éléments d'un même niveau, partageant la même base horizontale, sont appelés un étage. Il existe un système de numérotation généralement accepté pour les niveaux des muqarnas. Selon ce système, les flèches sont dessinées pour indiquer la transition verticale des éléments. Le réseau de flèches crée un graphe dirigé de la configuration géométrique. Comme le muqarnas est un dessin qui s'élève progressivement, ce graphe dirigé se termine généralement au sommet du muqarnas (figure 3 (étape 3)). Un numéro est attribué à chaque flèche lors de la détermination de la montée de la composition, créant finalement les groupes de cellules sur le même niveau. Le processus de modélisation utilisant ce flux de travail « feedback loops » entre cette étape et les deux premières.

(Etape 1) les formes 2D des éléments de muqarnas, (Etape 2) l'arrangement des formes dans une mise en page, (Etape 3) la transformation 3D des muqarnas via un système de niveaux.

Figure 93Vue d'ensemble du flux de travail de la modélisation par éléments

3-5-Autres workflows :

a-Workflow basé sur tessellations :

(Étape 1) une tessellation a été déterminée comme base de la construction, (Étape 2) le développement des composants à partir des cellules de la tessellation, (Étape 3) le placement des composants via un système de numérotation spécial, et (Étape 4) la transformation des références des composants par morphing des références des composants.

Figure 94 Vue d'ensemble du flux de travail de la modélisation basée sur les tessellations

b-Workflow basé sur des blocks :

(a) Les blocs 3D des muqarnas sont déterminés, et (b) Le

pour construire le modèle 3D.

3-6-Génerer d’itérations : L’utilisation des méthodes discutées, peut générer plusieurs itérations, juste en changeant quelques paramètres :

Variations de Sultanhanı muqarnas en utilisant la première méthode :

Figure 95 Vue d'ensemble du flux de travail de la modélisation basée sur les blocs

modèle de maçonnerie utilisé

Figure 96 Variations générées par le flux de travail de la modélisation par éléments.

3- Conclusion

Le design paramétrique et la modélisation paramétrique peut servir d’outil de digitalisation de patrimoine ancien.

La traduction de ce patrimoine en algorithme permet non seulement de le préserver, mais aussi d’ouvrir un nouveau portail pour l’innovation, notamment par le biais d’itérations ; en générant plusieurs variations d’un seul modèle traditionnel il est possible de pousser la réflexion des designs traditionnels juste en changeant les paramètres d’algorithmes créés.

Partie 4

Application de la méthode paramétrique au Maroc.

Partie 4 : Application de la méthode paramétrique au Maroc

Chapitre1 : introduction

1-Introduction :

Le but de cette partie est de servir de catalogue de différents éléments (phases de design, technique traditionnelles Marocaines, et éléments architectoniques) et comment ils peuvent servir de canevas de recherche et d’expérimentation. Je proposerais alors au fur et à mesure des outils de design paramétriques qui feront l’affaire, avec quelques applications et démonstrations.

Pour démontrer différentes méthodes qui peuvent être appliquer au Maroc, je vais commencer par le plan à l’échelle urbaine, puis le plan à l’échelle architecturale, suivi par une expérimentation sur les motifs traditionnels, matériaux et éléments architectoniques. Pour finir, un workflow BIM sera proposé afin de maitriser les coûts.

2-Logiciels utilisés :

Les logiciels utilisés sont Rhinoceros 3D, qui est un logiciel de conception assistée par ordinateur utilisé dans le milieu du design industriel ou l’architecture, développé par Robert McNeel and Associates. Et le plug-in Grasshopper qui permet de coder visuellement par le biais d’algorithmes, les modèles 3D, utilisant Rhino comme interface d’opération.

Figure 97 Interface d’utilisateur de Rhino 3D

Figure 98 Interface d’utilisateur de Grasshopper et Rhino 3d

Chapitre 2 : Exemples d’application et expérimentations :

1-Planification urbaine et architecturale :

1-1-Design urbain avec Decoding Spaces :

Decoding Spaces est un plug in de Grasshopper qui aide dans la conception urbaine DeCodingSpaces Toolbox pour Grasshopper est une collection de composants analytiques et génératifs pour la planification architecturale et urbaine algorithmique. La boîte à outils est un logiciel libre publié par le Computational Planning Group (CPlan) et est le résultat d'une collaboration à long terme entre des institutions académiques et des partenaires de la pratique à travers le monde dans le but commun d'augmenter l'efficacité et la qualité de l'architecture et de la planification urbaine.

Les composants de ce plug-in comportent un composant de génération de réseaux de rues et un composant d’analyse d’analyse de réseaux.

Le composant de génération de réseaux comporte :

-Composante SYNTHÈSE DE RÉSEAU DE RUES |

Générer un réseau de rues dans une région limite (B), des rues de liaison (IS) et une topographie (TP) données.

L'algorithme est basé sur des arbres d'instructions tels que décrits dans Koenig, un papier de recherche publié en 2013 à Researchgate.net.

Le composant renvoie le réseau de rues généré en fonction des paramètres d'entrée : Longueur minimale du segment (MinL), Longueur maximale du segment (MaxL), Déviation angulaire des extensions de rue (RA), Type de croisement (MA) et la profondeur de l'arbre d'instruction - itérations génératives (TD).

Le réseau généré est entièrement reproductible en mettant en place le même numéro de graine aléatoire (RndS)

Figure 99 Génération du réseau de rues par étapeschaque étape est une couche supplémentaire dans l'arbre d'instructions correspondant.

Figure 100 La modification de la position de la rue de liaison met à jour le réseau de rues.

-Composant GENERATION de plan

Permet de diviser les polygones en parcelles avec accès à la rue et largeur minimale donnée (PWT). Pour en savoir plus, voir Koening et al, 2017.

-Génération de bâtiments

Figure 102 Génération de variantes de parcelles par différentes largeurs minimales de parcelles

Figure 101 Combinaison de la génération de réseaux de parcelles et de rues

Le composant d’analyse de réseaux comporte :

-Composants de l'ANALYSE DU RÉSEAU DE LA RUE

Compilation de composants fournissant un cadre flexible pour l'analyse du réseau de rues basée sur les graphes. Tous les calculs sont basés sur un graphe inverse et dirigé avec des pondérations définies par l'utilisateur pour les bords et les sommets. Pour plus de détails techniques, veuillez lire Fuchkina 2017.

-Composants d’analyse de visibilité :

-Analyse de données

-Analyse d’hydrologie

-Utilités Ce plug in servira durant la phase de design urbain du projet.

1-2-Modelisation du site avec « Elk » Elkestunensembled'outilspermettantdegénérerdescartesetdessurfacestopographiquesàpartirde données open source provenant d'OpenStreetMap.org et de l'USGS.

Figure 103 Composants d’analyse de visibilité :

Figure 104 Logo du plug-in Elk

1-3-génération de plans avec : Termite nest

Termite_Nest est un plugin qui fournit de multiples utilitaires fascinants pour la planification spatiale. Avec l'avantage de l'analyse graphique et des outils syntaxiques de Termite_nest, vous serez en mesure de générer un graphique spatial dans n'importe quelle forme de frontière. En outre, le générateur de mise en page défini par l'utilisateur vous aide à traduire le graphique spatial généré en différentes formes morphologiques. Termite_nest est conçu de manière à aider les architectes à découvrir facilement les différents potentiels géométriques de la topologie de planification de leurs désirs. En tant qu'outil, il peut être synchronisé avec différentes optimisations et utilités dans les environnements paramétriques de Grasshopper qui permettent aux architectes d'obtenir un pouvoir illimité pour générer, comparer et faire évoluer leurs produits de conception.

Le workflow suivi en travaillant avec ce logiciel est la suivante 37:

Les relations entre espaces intrinsèque à l’architecture Marocaine peuvent tirer profit de cet algorithme.

2-Experimentations : Motifs traditionnels islamiques :

Introduction :

Depuis le VIIe siècle, le monde islamique a connu de grandes traditions artistiques et décoratives. Dans ce vaste espace qui s'étendait sur l'Europe, l'Afrique et l'Asie, nous trouvons des trésors artistiques d'une beauté inégalée. L'art ornemental islamique, que l'on trouve sur divers matériaux tels que les tuiles, les briques, le bois, le laiton et le plâtre, peut être classé en deux types : l'art ornemental tridimensionnel appelé Muqarnas (Stalactites) et l'Arabesque ornementale plane qui peut également être divisée en deux catégories : florale et "Tastir" ou motifs géométriques. Le floral englobe de grandes réalisations dans les motifs curvilignes, les dessins floraux stylisés appelés "Taourik" et "Tachjir, dans ces Dans ces motifs, les formes en spirale ondulent et s'unissent en continu.38

Les "Tastir" ou dessins géométriques, qui constituent la plus grande catégorie de motifs islamiques, sont présents à profusion dans tout l'art islamique. Les motifs ornent les bâtiments, en particulier les mosquées et les tombeaux ; ils sont surtout connus des Américains et des Européens grâce au palais de l'Alhambra à Grenade, en Espagne, l'un des joyaux de l'art islamique.

Les méthodes de conception étaient un domaine privé des artisans qui les pratiquaient. Les connaissances étaient transmises de maître à apprenti au fil des générations et ont fini par se perdre avec le déclin de l'utilisation des motifs islamiques au cours du XVe siècle.

Toutefois, à la fin du siècle dernier, le roi marocain Hassan II a apporté un soutien fort à la promotion, à la préservation et au développement de l'artisanat (Abbas, 1995).

Plusieurs auteurs ont publié de grandes collections de motifs islamiques, ils ont concentré leurs travaux sur la classification et l'analyse de ces motifs.39

Grace au design paramétrique, il est désormais possible de dessiner ses motifs de façon aisée soit par l’adoption de l’une des méthodes variées qui sont fruits de différentes recherche, telle que la méthode de « polygones en contacte » de Hanakin 40:

38 Thalal et al., « ISLAMIC GEOMETRIC PATTERNS ».

39 Thalal et al.

40 Kaplan, « Islamic Star Patterns from Polygons in Contact ».

Chaque rangée montre un pavage ainsi que trois motifs qui peuvent en être dérivés en utilisant trois angles de contact différents. La rangée du bas présente un amusant pavage par des polygones presque réguliers.

Une autre méthode serait de se baser entièrement, ou partiellement sur des algorithmes pré-élaborés tel que Parakeet.

Figure 105 Exemples de motifs en étoile construits à l'aide de la méthode de Hankin.

Parakeet :

Parakeet est un plug-in sur Grasshopper qui représente une collection de composants axés sur la génération algorithmique de motifs ; elle offre une approche unique et facile à utiliser qui permet de générer des motifs/réseaux géométriques et naturels, créé par Esmaeil Mottaghi et Arman KhalilBeigi .41

Figure 106 Jeu avec Parakeet, différents paramètres et différents résultats.

Cette paramétrisation permet multiples possibilités d’expérimentation et innovation qui peuvent être adaptée au Maroc en toute simplicité, à titre d’exemple une éxperimentation par Junichiro Horikawa, un concepteur informatique qui a créé un dégradé de motifs en utilisant Parakeet sur grasshopper42 :

Figure 107 Gradient de motifs islamique, par Junichiro Horikawa.

3-Experimentations : Techniques traditionnelles :

La construction en briques de terre cuite est une technique communément utilisée au Maroc, dans cette partie, par le biais de deux exemples effectués en 5ème année sous la supervision et encadrement du professeur Massimiliano Martino, je présenterais des méthodes d’expérimentation pour des murs en briques simples, ou modulées.

3-1-Exemple 1 : Conception d’un mur en briques modulées expérimentales

Ce projet est une mur/sculpture qui pourrait servir d'embellissement à une station d'attente. Il s'agit d'un clin d'œil au motif traditionnel du zellige, le plus simple, une tessellation simple mais élégante d'octogones et de petits carrés.

En donnant du volume à une tessellation plate traditionnellement utilisée, il s'agit d'une tentative de mettre en lumière la beauté des motifs qui se perdent souvent dans les formes géométriques colorées du zellige.

Figure 108 Le motif de Zellige traduit en mur/sculpture grâce à des briques modulées de façon paramétrique.

Voici le canevas du programme Grasshopper utilisé pour créer le motif.

J'ai commencé par créer la tesselation 2d, puis j'ai extrudé chaque type de tuile en suivant une fonction sinus et cosinus respectivement de chaque côté du mur pour créer deux motifs 3d opposés.

Figure 109 Canvas Grasshopper du mur

Figure 110 Motif utilisé

Figure 111 Mur en 2d

Figure 112 Mur en 2d et 3D

La construction de ce mur sera possible en combinant la technique traditionnelle de briques cuites moullées, avec des moulles customisées en carrés/octogones extrudés en différentes profondeurs.

Figure 113 Façade et plan du mur

3-2-Exemple 2 : Conception d’un mur en briques régulières en rotations : Cet exemple pratique, aussi faisant partie de mon travail pour un séminaire présenté par Arch. Massimiliano Martino, démontre une utilisation non-orthodoxe de la technique régionale de briques cuites, conçu sur Grasshopper et Rhino 3D.

La technique utilisée est une condition « point attracteur », traduite en angle de rotation pour chaque brique du mur, créant ainsi un mur ornemental en technique

Figure 114 Différents types d’attracteurs : point, ligne, et courbe Spline.

Figure 115 Le plug in Pufferfish offre un composant « round to nearest » qui limite les chiffres

Figure 116Grâce à la composante « 3d text » de Grasshopper, il est possible d’énumerer les briques avec leurs angles de rotations, pour simplifier le processus de construction encore de plus.

Chapitre 3-Lien avec le BIM : lien Rhino-Grasshopper-ArchiCAD :

Archicad est un logiciel d'architecture édité par la société hongroise Graphisoft, du groupe allemand Nemetschek, qui permet de modéliser un bâtiment en 3D puis d'établir divers documents nécessaires à sa construction (plans, coupes, élévations, perspectives, listes d'objets...).

Avec son concept Virtual Building, Archicad innove parmi les logiciels BIM (Building Information Modeling).43

La nouvelle connexion Archicad – Rhino – Grasshopper permet de connecter les meilleurs outils de modélisation pour les différentes phases de conception. Ces outils comblent des lacunes dans le processus de projet entre la phase initiale de conception et la phase de modélisation de l’information du bâtiment, c’est à dire le BIM process. Ils offrent des solutions transparentes et bidirectionnelles pour le transfert de géométrie, ainsi qu’une façon de traduire des formes géométriques de base en éléments BIM complets, tout en ajoutant une fonctionnalité d’édition algorithmique.

Cet outil permet à Archicad et Rhino-Grasshopper de communiquer directement afin de créer et de manipuler un modèle BIM, en totalité ou en partie, grâce à l’interface de Scripting visuel de Grasshopper.

Les conceptions, dont le travail est actuellement basé sur Rhino-Grasshopper ou Archicad , peuvent exploiter leur fonctionnalité à leur avantage.

La connexion en direct, associative et bidirectionnelle permet aux utilisateurs de créer des flux de travail polyvalents et d’utiliser la connexion dans plusieurs scénarios.

Dans les projets où la conception est principalement déterminée à l’aide du jeu d’outils Rhino-Grasshopper, les utilisateurs peuvent appliquer la connexion GH-AC pour convertir la conception en modèle BIM complet et conserver certaines des fonctionnalités d’édition algorithmique.

Dans d’autres cas, Rhino-Grasshopper (ou un autre plug-in Rhino) peut être utilisé pour compléter un projet BIM existant avec des fonctions algorithmiques ou un environnement de modélisation de forme libre à n’importe quelle étape du processus de conception. Dans ces situations, le cadre ou la géométrie de référence pour la pièce conçue dans Grasshopper peut être pris directement à partir d’Archicad .44

Grace au lien Archicad-Rhino-Grasshopper, il est possible de traduire des géométries créées sur grasshopper à des éléments BIM définis sur archicad, et maitriser les quantités, coûts, et matériaux des éléments avec toute précision :

Figure 117 Lien archicad-Grasshopper, et traduction d’une géométrie en éléments BIM sur l’interface du programme Archicad.

Conclusion :

Cette partie à démontrer plusieurs algorithmes et expérimentations sur le Plug-in Grasshopper qui peuvent être adaptés au Maroc de façon efficace et durable, commençant par l’échelle urbain et architecturale en plan, puis sur les différentes techniques et éléments architectoniques intrinsèques à l’architecture Marocaine. Ces différentes démonstrations et stratégies développées servirons de point de départ pendant le projet du S12, et vont s’étaler de plus au fur et à mesure.

Le projet se développera sur l’échelle urbaine, puis l’échelle architecturale, le désigne paramétrique régionale adaptée va résoudre les problèmes posés dans le site choisi.

Partie 5

Préambule

au projet urbain et architectural

Partie 5 : Préambule au projet urbain et architectural

1-Introduction

Au cours de cette recherche, la partie mémoire de mon année de thèse, qui a été menée pendant S11, j'ai essayé de développer une stratégie pour appliquer la conception paramétrique au Maroc d'une manière durable. Pour ce faire, j'ai commencé par expliquer les différents concepts et bases de la conception paramétrique, puis j'ai mené une étude de différents exemples qui m'ont aidé à mettre en évidence les différents avantages de cette technologie relativement nouvelle, mais aussi à développer une stratégie pour appliquer la conception paramétrique partout dans le monde d'une manière régionale, locale et durable en étudiant les exemples existants et en tirant quelques leçons utiles qui seront appliquées au Maroc.

Afin de concrétiser la vision d'une application paramétrique durable, la dernière partie de la recherche a présenté différents algorithmes pour le plug-in de Grasshopper dans Rhino 3D, à utiliser afin de : conduire l'analyse urbaine et la planification urbaine, la planification architecturale, l'expérimentation, et l’utilisation de manière non orthodoxes des techniques et des matériaux locaux (à savoir : briques d'argile), qui peuvent pousser les limites de l'utilisation des matériaux, et qui peut être liés à différents paramètres tels que l'orientation, la lumière du soleil ou d’autres paramètres pour améliorer l’expérience des habitants. J'ai également expliqué comment ces différentes applications peuvent être liées au programme BIM Archicad, pour traduire le modèle 3D en composants BIM, afin d’établir des listes d’éléments, contrôler les matériaux et les coûts, entre autres.

Pendant la deuxième partie de mon projet de thèse de 6ème année d'architecture, je vais appliquer les fruits de ma recherche sur un projet urbain et architectural, en suivant les stratégies présentées dans la partie application de la recherche.

Mon objectif, dès le début, sera de résoudre les problèmes, de démontrer les avantages, et d'expérimenter à l'échelle urbaine et architecturale, en suivant les principes que j'ai développés tout au long de cette recherche.

Le premier défi serait de trouver un site adéquat. Le choix est affecté par deux critères principalement :

- la mesure dans laquelle il bénéficierait d'une conception paramétrique à différentes échelles, urbaine, architecturale, ainsi qu'au niveau des éléments architectoniques.

-La problématique du site et la nécessité d'une nouvelle approche pour résoudre ses problèmes.

2-Site choisi : Tamensourt

2-1-une ville nouvelle : Tamansourt est une ville nouvelle marocaine située dans la préfecture de Marrakech et la région de Marrakech-Safi, à 10 km au nord-ouest de Marrakech, sur la route de Safi et d'El Jadida. Elle dépend de la commune rurale de Harbil et, comme Marrakech, se trouve au pied des montagnes de l'Atlas.45

Le principe de ville nouvelle n'est pas une nouveauté de la politique urbaine menée au Maroc. Il remonte au début du xxe siècle, lorsque des « villes nouvelles » (européennes) furent adjointes à des « villes anciennes » (médinas). Par exemple, l'extension du centre-ville de Rabat, qui constitue aujourd'hui la majeure partie de l'arrondissement Hassan où se situe entre autres l'avenue Mohammed V et le Parlement, est issu de la période du protectorat.

Les dernières « villes nouvelles » créées, amenées à devenir « anciennes », font partie d'un vaste programme lancé en 2004, en prévoyant quinze à l'horizon de 2020. Huit ans après, seule l'existence de quatre d'entre elles a pu être constatée : Tamansourt, Tamesna, Lakhyayta et Chrafat.46

2-2-Echec des Nouvelles villes ?

Les nouvelles villes de Tamesna et Tamansourt qui ont longtemps constitué un rêve pour les habitants de Rabat et Marrakech, continuent de susciter les critiques, certains observateurs annonçant même l'échec de l'expérience.

En effet, plusieurs observateurs et journalistes ont relayé le désappointement des habitants de Tamesna ou Tamansourt à cause de la quasi-absence d’équipement collectifs (hôpitaux, écoles, administrations…) et la très faible connexion au réseau de transport. De plus, le paysage global donne plus l’impression d’un No man’s land que d’une future belle ville.

Mais aujourd’hui, Al Omrane tente bien que mal de pallier ces failles. Un plan de relance sur 5 ans, doté d’un budget de 538 millions de DH, a été conçu pour sauver l’expérience de Tamesna. Rappelons que ce montant servira à financer pas moins de 23 projets prévus pour remédier au manque d’équipements publics. Mais le problème du transport n’est pas à l’ordre du jour. A part l’achèvement des travaux de la rocade routière reliant cette ville à Rabat, il n’y a pour l’instant que la route venant de Témara qui permet l’accès à cette ville. Sur un autre registre, la ville s’apprête à abriter la deuxième plus grande mosquée du Royaume, après celle de Hassan II à Casablanca.

Pour sa part, Tamansourt, où quelque 16.617 logements sont déjà prêts, aura également son plan de sauvetage. Celui-ci devra s’articuler autour des mêmes axes que pour Tamesna. Il sera donc question de réaliser davantage d’équipements publics et surtout, de renforcer les voies de liaison avec Marrakech. La future stratégie devra également apporter des réponses au problème environnemental auquel est confronté Tamansourt. Surtout que la ville se situe à proximité d’une décharge.

En conclusion, pour éviter le risque de transformation des nouvelles villes en banlieues à la française, des efforts devraient être faits en termes de mise en place de projets commerciaux ou industriels ainsi que de renforcement de la présence de l’Etat. En effet, de simples blocs de logements, surgissant du sol, dissuaderait la mise en place d'une vraie nouvelle ville, laissant place à une simple extension péri-urbaine. 47

2-3-Problèmes posés : A première vue, plusieurs problèmes entravent le développement de Tamensourt .

Notamment :

-Concurrence dans plusieurs zones d’habitat non prévus dans les documents d’urbanisme (AZZOUZIA, PORTES DE MARRAKECH, les extensions sur M’Hamid)

-L’absence d’une station de traitement des eaux usées

-Insuffisance des équipements de proximité (santé, sport, culture, etc…)

-Absence d’activités pouvant promouvoir la ville

-Programmation défaillante en matière des types de logements

-Retard de démarrage des programmes structurants programmés

-Programmation spatiale aléatoire

-Implication très réduite de partenaires publics pour accompagner la ville nouvelle

-Retard dans la mise en place d’un transport public convenable entre Marrakech et Tamensourt

-Absence de vision globale pour la ville.

2-4-Efficacité du design paramétrique : Le design paramétrique régionale (en termes de technique, de style et de matériaux) servira alors de solution :

-urbaine, en termes de planification et d'optimisation des équipements et leurs distributions. Comblant ainsi les carences en équipements de cette ville dortoir.

-de solution durable qui donne une nouvelle identité visuelle et architecturale à la ville

La ligne de base c'est qu'une ville nouvelle doit tirer profit de ces nouvelles technologies, adaptées au contexte local, c’est aussi une occasion d’explorer les différentes solutions que peut offrir le désigne paramétrique pour résoudre les problèmes au quels elle fait face.

2-5-Plan de travail et intentions : Le plan de travail est de commencer par une analyse globale de la ville, et développer une cartographie, tirer des conclusions et les traduire en intentions et un programme.

Par la suite, déterminer une zone d’intervention, un ilot par exemple, et élaborer un plan de masse. Cette zone d’intervention plus réduite, servira d’un quartier exemplaire, la démarche suivie pourra être répliquée dans différentes parties de la ville afin de la dynamiser et lui donner une nouvelle vie.

Finalement, à l’échelle architecturale va être élaboré un plan détaillé de cette zone d’intervention.

Durant toute les phases, d’analyse, de conception urbaine et de conception architecturale, le projet va tirer profit des différentes stratégies d’application durable du désigne paramétrique au Maroc développées au préalable.

A partir des problèmes déduit de l’analyse superficielle, les intentions et programme préliminaire se distribuera comme le suit :

Travail à l’échelle urbaine :

- Résoudre le problème de connectivité par un travail sur les voiries et connexions entre la ville et son entourage, et entre différents districts de la ville

-distribution d’équipements, activités, et espaces verts sur la ville.

Travail à l’échelle urbaine réduite/architecturale :

-élaboration d’un quartier résidentiel exemplaire avec équipements de proximité, espaces verts, etc. …

Partie 6 : projet urbain et architectural

Chapitre 1 : Analyse urbaine

Situation et accés:

Tamensourt est une ville a été créée en 2005, sous le haut patronage du roi Mohamed VI, dans le but de désengorger Marrakech. Elle est composée principalement de villas, appartements et riads et ses avenues sont larges. Tamansourt compte aujourd’hui environ 50000  habitants

Tamensourt est loin de Marrakech d’environ 10 Km, soit 15 minutes de route à voiture ou bus, passant par une station de traitement d’eau et une décharge.

Figure 118 Situation de Tamensourt

Deux lignes de bus permettent d’accéder à Tamensourt à partir de Marrakech: la ligne L44, qui pénètre la ville dans ces deux parties, et la ligne L441 qui passe par la voirie centrale, route N7.

Figure 119 Arrêt de bus de Tamensourt

Disparités entre l’éxistant et le projeté : pleins et vides

Plusieurs équipements ont été prévu, mais n’ont pas été réalisé, résultant ainsi à encore plus de vide dans la ville, à titre d’exemple : partenariat Public/privé et équipements.

Le plein actuel de Tamensourt est environ 226 ha

Le vide actuel de Tamensourt est de 630 ha

soit 19% de la ville est plein, 28.6% de voieries, et 52.4% de vide.

Remarque:

A partir de la carte présentée, il est évident qu’environ la moitié de ce qui a été projeté dans la ville de Tamensourt n’a pas été réalisé, cela inclu des quartiers d’habitation, des équipements, des services et des espaces verts.

Explication:

Il est normal qu’une ville nouvelle peut prendre jusqu’à 50 ans pour se construire, mais le retard inhabituelle dans la construction de Tamensourt peut être dû au nombre d’habitant qui n’est pas arrivé au nombres prévus.

Figure 120 Plein et vide de Tamensourt

Districts actifs :

Après une visite à la ville, il est évident que deux districts sont actifs dans la ville de Tamensourt, le quartier ‘Jwamia, et le douar intra-ville.

Analyse subjective : séquence des lieux

Après une visite à la ville, nous remarquons que des lieux sont plus actifs que d’autres

Ce qui marche : mixité de fonctions

Le quartier Jouamia, est un district actif de la ville de Tamensourt. une analyse des activités de cette partie de la ville permet de remarquer que la mixité d’activités est une raison particulière qui rend le district dynamique. Une mosquée, des marchands ambulants, des commerces de proximités, des services, tout près du quartier résidentiel, et accessibles à pieds.

Figure 121 Districts actifs de Tamensourt

District 1:

1/2 mixité d’activités “vernaculaires” (swiqa, brocante)

3-Vitrines, galleries, équipements de proximité structurés

District 2:

4-activité rarissime, à l’exeption d’une école/hopitale (zone villa)

District 3

5-Equipements quasi absents, zone deserte (en cours de construction)

Figure 122 Différents districts de la ville

Analyse subjective : Vues et perses visuelles

Figure 123 analyses subjectives

Choix du site : Pourquoi ce site ?

Le choix de ce site est dû à deux raisons principales :

1- créer un pôle vivant dans une zone désertique et isolée de toute activité humaine, permettant ainsi de le relier au pôle vivant du quartier Jouamia.

2- L’endroit stratégique du site relativement proche de l’oued de Tensift, c’est l’occasion de valoriser ce dernier en reliant le site à son cadre naturel.

Plein/vide, typologies, vents dominants et ensoleillement :

Une analyse de la carte du plein et vide permet de constater une prédominance de vides, et par conséquent, en superposition avec les données précédentes, d’activités et d’équipements, ainsi que d’espaces verts.

Figure 125 Plein/vide, typologies, vents dominants et ensoleillement :

Figure 124 Choix du site d'intervention

Besoin et programmes d’interventions (urbaine : grande échelle) :

Potentiel/besoin 1 : connexion au district actif et activités

L’analyse du scénario quotidien d’un échantillon au hasard de potentiels habitants du site, et les différentes destinations permet de remarquer une concentration d’activités dans le quartier jwamia, élément qui peut servir de ligne directrice pour une première intervention : Etendre l’axe d’activités et le connecter au site, et le metre en valeur par une extension d’activités : commerces en RDC et kiosques.

Potentiel/besoin 2 : connecter les deux parties de la ville

Une vue sur le plan de la ville et les zones actives permet de constater que les deux parties de la ville sont mal connectés. Etablir une connexion entre les deux parties divisées par la route nationale N7 est une priorité. Cela permettra aux habitants d’augmenter leur qualité de vie en étendant les possibilités d’activités, et en facilitant l’accès aux équipements existant ou programmés n’importe où dans la ville. Connecter les deux parties de la ville par des ponts.

Potentiel/besoin 3 : espaces verts et agriculture urbaine

Des espaces verts prévus à l’origine dans le plan d’aménagement de Tamensourt, qui n’ont pas été réalisés. Le besoin et toujours là.

Compléter le scénario quotidien des potentiels habitants et des habitants existants par des espaces verts variés : Ceintures vertes, et parcs.

Points d’intérêts :

Les points d'intérêt donnent une raison de marcher. Il peut s'agir d'un endroit où manger et boire un café, de l'école voisine où vous allez chercher votre enfant tous les jours ou de l'épicerie locale. Les points d'intérêt peuvent être regroupés autour d'un centre local ou répartis le long d'une rue principale.

L'activité commerciale au rez-de-chaussée ne donne pas seulement une raison de marcher. Elle garantit également des façades transparentes, davantage de regards sur la rue et un environnement urbain plus sûr en général. Les points d'intérêt peuvent également inclure des installations médicales, des immeubles résidentiels ou de bureaux à forte densité, des lieux de culte ou tout autre endroit qui attire les gens.

Densité d’intersections :

"Ensemble, la densité des intersections, la longueur des pâtés de maisons et la largeur des voies de circulation déterminent 70 % de la marchabilité." - Douglas Farr

La densité des intersections est étroitement liée à la taille de l'îlot et, respectivement, à l'échelle de la ville. Il s'agit du nombre d'intersections dans une zone donnée. Un réseau de rues bien connectées permet de réduire la durée des trajets et encourage la marche à pied.

Le scénario quotidien actuel :

Parmi les étapes avant de définir les besoins et le programme des différentes interventions à l’échelle urbaine, il est important de voir le scénario d’activités quotidiennes d’un échantillon “random” de potentiel habitants du site choisi.

Figure 126 les dimensions d’ilots varient entre 90 m et 360m.

Figure 127 Scénario quotidien des potentiels habitants

Carte de destinations :

Figure 128 Destinations

Evolution de la ville :

La ville de Tamensourt a été créée en 2005, avant le commencement de son urbanisation, seul les douars existaient, dans une zone entourée de terres agricoles.: l’urbanisation a commencé en raccordant la zone de Tamensourt au réseau viaire par le biais de la route N7 puis par la construction graduelle de bâtiments résidentiels.

Typologies :

Plusieurs typologies de bâtiments résidentiels existent à Tamensourt, notamment : l’auto construction, les immeubles en R+3 et R+5, les vil as, douars, et résidences de type Dar typique à la médina. Les deux typologies dominantes de la ville sont les auto constructions, et les villas.

Figure 130 Evolution de la ville de Tamensourt entre 2004 et 2022

Figure 129 Typologies existantes

Chapitre 2 : Recherches et intentions :

Introduction :

L’intervention sur le site -se fait sur 3 échelles, la grande échelle urbaine au niveau de la ville, la moyenne échelle urbaine, au niveau de la zone vide à aménager en divers immeubles résidentiels et équipements, et l’échelle architecturale au niveau du quartier à élaborer par la suite.

Le but de cette partie de recherche est simple : définir le programme des différentes interventions, et par conséquent déterminer les paramètres d’entrée de l’algorithme à développer afin d’aménager les différentes zones résidentielles.

Afin de ficeler le programme de façon adéquate, et d’enrichir les conclusions de l’analyse urbaine, nous faisons recours à plusieurs ressources, notamment : Les principes et théories de l’urbanisme, des projets références à l’échelle urbaine et architecturale, et les réglementations générales d’urbanisme au Maroc.

Principes et théories d’urbanisme :

-Sur l’ilot : Un ilot se définit comme un ensemble de parcelles bâties ou non et délimité par des voies. L’ilot est souvent composé de « barres », ou édifices longitudinaux. La ville d’aujourd’hui est constituée d’ilots de différentes époques :

-L’ilot fermé ou Haussmannien : ensemble de bâti fermé avec un cœur d’ilot privé ou accessible par les bâtiments

-Le plan ouvert : visible notamment dans les quartiers de grands ensembles. Ce sont des constructions sans prise en compte de la rue

-L’ilot ouvert : concept de Christian de Portzamparc : ilot aligné et fonctionnant avec la rue. Il est composé de pleins et de vides.

Quelques objectifs de l’ilot peuvent être mais ne sont pas limités à :

-une diversité de fonctions et de classes sociales, afin d’abriter les différents modes de vies, sans ségrégation.

-Une complémentarité de programmes : (bureaux, logements, etc…) à l’échelle de la ville.

-Une qualité de vie agréable en milieu urbain.

-Un impact mesuré sur l’environnement.

-Une économie de ressources.

-Une réduction des coûts.

L’ilot peut avoir plusieurs densités, et plusieurs dispositions de bâtiments, par exemple : la

tour, le pavillon, l’habitat individuel en bandes, le linéaire compact en gradins, le linéaire aéré en gradins, le petit collectif, etc…

-Dimensions de l’ilot :

Historiquement, dimensions d’ilots ont variés largement selon les civilisations et les différents courant d’urbanisme. Cependant, afin de dimensionner les ilots adéquatement un point de départ raisonnable serait de prendre en considération la marchabilité, des dimensions varient selon l’usage mais des dimensions entre 80m et 90m pour un ilot peu importe l’usage sont convenable, avec un besoin de rectification minimal par la suite. Le désigne urbain doit être une activité éthique concernée par des valeurs telles que la justice sociale et l’égalité. Un exemple de l’application de ces valeurs est la cité jardin.

-Sur les différents degrés de participation :

Dans le livre « urban design : street and square » est mentionné différents degrés de participation durant les phases du projet, ainsi que les différents modes de participation. Plus les gens participent, plus les gens s’approprient les espaces, et plus les gens s’approprient les espaces plus ils ressentent un sens de résponsabilité et par conséquent la sécurité du quartier augmente (Defencible space theory.

Figure 131 Différentes densités des ilots

-Sur les cités jardins :

La cité-jardin est un mode d’’urbanisation qui combine entre la nature et le bâti, créée par Howard Ebenezer, elle est définie par les principaux points suivants : Une maitrise publique du foncier, la présence d’une ceinture agricole autour de la ville, une densité relativement faible du bâti (environ 30 logements à l’hectare).

La présence d’équipements publics situés au centre de la ville (parcs, galeries de commerces, lieux culturels), la maîtrise des actions des entrepreneurs économiques, c’est-àdire que l’installation des entreprises doit être en accord avec les habitants.

-Sur les principes de désigne urbain :

Dans le livre : « Responsive enviroments : a manual for designers » est mentionné que l’idée de départ dans le design urbain, qui a donné naissance aux désignes « conscient » socialement est que l’environnement bâti doit fournir aux utilisateurs un paramètre démocratique qui enrichie leurs opportunités en maximisant le degré de choix disponible à eux.

-lisibilité : c’est-à-dire à quel degré les gens peuvent comprendre les opportunités qu’offrent l’espace.

-perméabilité : elle affecte où les gens peuvent aller et où ils ne peuvent pas.

-variété : c’est-à-dire la variété de fonctions présentes

-robustesse : c’est-à-dire le degré auquel les utilisateurs peuvent utiliser les espaces conçus pour de différentes fins.

-richesse : c’est-à-dire qu’elle influence l’expérience sensorielle des utilisateurs

-personnalisation : c’est-à-dire le degré auquel les utilisateurs peuvent laisser leurs traces dans l’espace.

-adéquation visuelle c’est-à-dire que l’apparence détaillée de l’espace permet d’informer les utilisateurs des choix disponibles.

Urbanisme au Maroc :

- règlementations générales : COS, CES, recules :

Recules :

Villas : 5m

Zones artisanales: 5m

Habitats alignés avec RDC commercial : 2m petits immeubles d’habitats collectifs/faible

hauteur : 5m

Figure 132 principes de design urbain proposés par le livre Responsive enviroments : a manual for designers

COS et CES

Villas : COS 0.9/0.6, CES 50%-33%

Habitats alignés avec RDC commercial : COS 3, CES 80% petits immeubles d’habitats collectifs/faible hauteur : COS 3, CES 50% (parcelles de minimum 4000m², et 40m de largeur)

- Parking :

Généralement, les parkings sont prévus pour les habitats sociaux avec un ratio de 1 place de parking par 300m² couvert, en dehors de ce cas, pour les habitats une place par logement, pour les bureaux une place par 100 m² construite hors œuvre, pour les commerces une place par 50 m² construite hors œuvre.

-Plan vert :

Le plan vert est un document traduisant la politique à mener en matière d’aménagement d’espaces verts, pour une agglomération donnée. Il se décline en une analyse des données du territoire en question, en des objectifs définis et des actions à mener, et en une définition de leurs modalités de mises en œuvre.

SEUIL MINIMAL : 10 m2/hab pour tissus urbains à forte densité

SEUIL MOYEN : 15 m2/hab pour tissus urbains à moyenne densité

SEUIL OPTIMAL : 25 m2/hab pour tissus urbains à faible densité

Projets références : Urbanisme

-IBA Hamburg:

IBA Hamburg est une société qui opère dans la ville de Hamburg en Allemagne, et s’occupe de plusieurs projets urbains dans cette ville, notamment la création de quartiers vivable et de qualité.

Les ilots :

Parmi les ilots employés sont des ilots ouverts, et dégagés, de densité relativement faible, avec des cœurs d’ilots actifs, en espace verts ou placettes publics ou semi-publics aménagées.

D’autres ilots sont en bande, c’est-à-dire des immeubles linéaires. Ces immeubles sont parfois des maisons individuelles sur trois étages, ou bien avec des rez-de-chaussée commerciaux.

Figure 133 extraits de la plaquette du projet IBA Hamburg

-Clichy-sous-Bois : IBA architectes

Dans ce projet urbain, plusieurs types d’ilots ouverts sont employés, avec des cœurs d’ilots animés en espaces verts.

-Communautés :

Etonnamment, la ville de Tamensourt abrite plusieurs communautés déjà, et d’autres communautés sont prévues quand les équipements projetés sur le plan d’aménagement seront construits. Naturellement, le programme de l’intervention que nous mènerons doit célébrer les différences de ces communautés, les mettre ensemble, et respecter les différents besoins de chacune. Pour citer quelques-unes de ces communautés : les familles de classes moyennes qui habitent la ville, propriétaires de businesses dans la ville, les marchands ambulants et les fermiers qui habitent les périphéries, ...

Parmi les communautés prévues ou “cibles”, les jeunes étudiants universitaires, et les jeunes employés qui travaillent dans la ville.

L’existence ou la prédiction de chacune de ces communautés devra être traduite en espaces adéquats au sein du programme. Par exemple, afin de fournir des espaces de travail adéquats aux étudiants, des espaces de coworking et librairies publiques seront prévues. Afin d’accueillir une communauté de jeunes travaillants, des espaces dédiés aux bureaux de startups et de compagnies seront prévus, avec les équipements accompagnants tels que les cafétérias et cafés etc...

Figure 134 Types d'ilots du projet Clichy-Sous-Bois (extraits du site IBAarchitectes)

Figure 136 Différentes typologies de bâtiments du programme

Figure 135 Programme préliminaire du projet

Chapitre 3 : analyses additionnelles et documentation du processus

paramétrique :

1-Analyse computationnelle et génération de parcelles avec Decoding spaces analysis : Decoding spaces est un plug-in de Grasshopper sur Rhino, qui offre une variété d’outils permettant l’analyse des réseaux urbains, la création de parcelles, bâtiments, et bien plus. Pour ce projet, j’ai fait recours à cet outil afin de réaliser une analyse de réseau, et par la suite générer les parcelles.

« Elk »

La première étape était de générer le réseau de la ville en faisant recours à un autre plug in :

« Elk » permet de convertir les donnée OSM (Open Street Map) en réseaux routiers et bâtiments, selon la disponibilité des informations.

Dans le cas de Tamensourt, il n’était possible de générer que le réseau routier, due aux informations incomplètes sur OSM. Un autre plug-in permettant la génération de réseau en utilisant les données OSM est Urbano.

Une portion du réseau généré par Elk, en utilisant les données de OSM

L’analyse de réseaux : en utilisant DecodingSpaces :

PARK EDGE WEIGHTING

Calcul des plus courts chemins en attribuant des poids de distance personnalisés (arêtes du graphique) au réseau spatial. Les poids des arêtes peuvent être métriques, angulaires, personnalisés ou une combinaison de ceux-ci. Ainsi, nous pouvons représenter différents concepts de distance (par exemple, le temps, la sécurité, la distance cognitive).

L'application des poids de distance personnalisés (poids des bords) peut être exploité en attribuants aux segments de rue qui servent de lignes de bus se voient une distance plus courte représentant le temps de trajet par rapport aux segments de rue piétons.

CITY GRAPH CENTRALITY VERTEX WEIGHTING

Lors du calcul de la centralité du réseau de rues, nous pouvons attribuer un poids personnalisé à chaque sommet du graphique (origine et destination du chemin le plus court). Cela peut être utilisé pour modéliser un réseau dans lequel certains nœuds (par exemple la gare) produisent plus de mouvement que d'autres.

Détermination du chemin le plus court.

Mesure de centralité : premièrement, à chaque segment de rue est attribuée une valeur de 1, afin de déterminer la centralité du réseau de la ville. Par la suite on peut donner une valeur plus haute à un segment (par exemple une valeur de 100) qui représente un itinéraire important, une liaison importante, etc… Finalement, la centralité de la ville est représentée par un dégradé de couleur, qui prend en considération l’importance de l’itinéraire choisi.

A gauche : résultat du calcul de centralité du réseau avant d’attribuer une valeur supérieure au reste du réseau au segment choisi.

A droite : résultat du calcul après avoir attribuer une valeur supérieure au reste du réseau au segment choisi.

CITY GRAPH CENTRALITY DISTANCE DECAY

Dans plusieurs mesures de centralité (par exemple, la gravité), l'attrait de la destination est inversement proportionnel à la fonction de la distance. Plus la distance augmente, plus l'attrait diminue. Dans la boîte à outils d'analyse des réseaux de rues, cette fonction de décroissance de la distance peut être définie par l'utilisateur qui représente différents types de comportement et d'aversion pour le voyage.

L’attractivité du centre est inversement proportionnelle à la distance du centre, plus on est loin du centre, moins la zone est attractive.

2-Le processus du design :

2-1-délimitation du terrain à parceller et application de grilles selon le choix : Parmi les buts principaux du code développé au cours du S12, est de créer un outil permettant une flexibilité de choix, tout au cours des différentes phases de design, offrant ainsi un outil créatif, malléable, à l’architecte et urbaniste.

Différentes trames possibles : carrée, rectangulaire, hexagonale, radiale, trame de divisions aléatoires, trame Voronoi. Les dimensions de chaque trame sont réglables et modifiables.

Déterminer les limites du terrain

2-2-determiner les axes de voiries

Les dimensions de cette hiérarchie de voirie sont réglables et modifiables.

Axes de voiries converties par la suite en voiries, on peut insérer n’importe quel nombre d’axes de voiries, amovibles manuellement, le résultat est mis à jour selon les choix préalables.

2-3-Finaliser le morcellement :

2-4-Filtrer les parcelles :

Le processus de classement des parcelles selon leurs surfaces, puis filtration des parcelles de petite taille « non-bâtissable » permet de contrôler les résultats, et convertir les espaces résiduelles en espaces verts, espaces agricoles, ou autres, selon le besoin.

2-5-Stratégies de génération de bâtiments :

Trois stratégies principales sont développées afin de générer les bâtiments :

La première stratégie : concerne les rangées de bâtiments (Bureaux, multifonctions avec des RDC dans les quels sont programmés des commerces et services, ces bâtiments alternent entre R+3 et R+5 afin de permettre des vues sur les deux flancs de la voirie principale.

Finaliser le morcellement en spécifiant les dimensions d’ilots. Le composant « parcelles » du plug-in Decoding Spaces permet cette définition plus exacte des ilots.

La deuxième stratégie : l’utilisation d’un algorithme développé spécifiquement pour créer des ilots ouverts avec différentes typologies dont le pourcentage est réglable. Les typologies sont organisées selon les fonctions, mais aussi selon quel type de communauté est ciblée par ces typologies. Les communautés ont été déterminée pendant la phase de l’analyse, prenant en considération les communautés existantes et les communautés projetées dans le futur.

L’algorithme commence par une « anatomie » d’ilot composée de 4 typologies de bâtiments et un cœur d’ilot

La première typologie T1 inclus des maisons individuelles, des villas en bandes ou jumelées, des résidences R+3 et résidences R+5

La deuxième typologie T1’ en est semblable, afin de garantir une mixité de types d’habitats.

La typologie T2 inclus des bureaux en R+3 ou R+5, des hôtels en R+5, et des résidences pour étudiants.

La typologie T4 est un bâtiment d’équipement local programmé selon le score de chaque ilot, selon quelle communauté y abrite.

Cette composition d’ilot en anatomie permet de mitiger plusieurs fonctions, et d’expérimenter avec les combinaisons de fonctions et par conséquent les combinaisons de communautés.

Nous spécifions le nombre de chaque typologie T1, T1’, T3, et T4, ainsi que leur ordre. Par la suite nous déterminons quels bâtiments creuser afin de permettre des ilots perméables.

Spécifier les sous-types de chaque typologie, les quantités de typologies, leurs emplacements, et creuser l’ilot pour permettre un passage piétonnier.

La troisième stratégie : complète l’idée de « dégradé d’intimité », c’est-à-dire la division des parcelles des plus actives aux moins actives, en d’autres mots, les parcelles actives seront plus proches des voiries et les parcelles programmées en villas seront plus isolées. Les bâtiments sont générés par un autre algorithme qui permet de distribuer les bâtiments de manière plus dense que celle de l’ilot ouvert.

L’ilot est divisé en parcelles, filtrées en espaces verts et bâtiments d’équipements de proximité

2-6- « Gradient d’intimité » +Distribution des ilots

Les typologies d’ilots et par conséquent les communautés de chacune sont distribuées en prenant en considération les proximités des voies principales, et espaces agricoles, plusieurs paramètres peuvent être implémentés afin de répondre au besoin d’intimités de chaque

Après avoir établi ce « dégradé d’intimité », il est possible de le simplifier en plages de couleurs représentant un nombre précis de typologies d’ilots.

communautés et typologies d’ilots. Plus on s’éloigne des voies principales, puis les ilots deviennent plus intimes.

2-7-

Anatomie de l’ilot : l’ilot est divisé en 4 typologies de bâtiments + cœur de l’ilot.

Les différentes typologies de bâtiments sont en relation directe avec les communautés qui les abritent, et le type d’activités entretenues aux RDC des bâtiments et au cœur de l’ilot. Afin de mettre en évidence ces différentes nuances, des scores sont attribués à chaque ilot, dépendamment des différentes variations créées.

L’outil génératif créé est ainsi non seulement un outil pour générer des bâtiments, mais surtout un outil pour générer des communautés, expérimenter avec les différentes combinaisons, et recevoir directement des informations sur ces ilots, par exemple le nombre d’habitants, les surfaces bâties, le COS, le CES, etc…

Pour visualiser les éléments dans cette fenêtre, nous faisons recours au plug-in Human UI qui permet de visualiser les éléments choisis dans une interface d’utilisateur dans une fenêtre isolée de Rhino et Grasshopper.

Il est important de mentionner que Community lab 1.0 permet d’enregistrer et ouvrir les définition établi d’ilots types.

Logo de UI+ sur Food4rhino.com

Un autre plug-in permettant des résultats similaires est UI+, aussi utilisable pour Grasshopper.

Le résultat est toujours mis-à-jour à chaque fois que les conditions initiales sont changées.

Création de variations d’ilots et visualisation du modèle interactif (Human UI)

Logo Human UI sur Food4rhino.com

Un exemple d’ilot sur Community lab 1.0

3-

Comment marche l’algorithme « Community Lab 1.0 » : Le premier « input » de l’algorithme est le périmètre de l’ilot, l’algorithme commence par décaler les limites du terrain vers l’intérieur d’une distance égale au recule du trottoir + la profondeur générale des bâtiments. Par la suite, les la ligne résultante est divisée par la distance du bâtiment typologie T1 (les informations des typologies T1 sont entrée comme inputs dans un « stream filter », un composant qui permet de choisir parmi plusieurs choix, et les appliquer comme inputs dans la distance de division de la ligne ), par la suite, on choisi le nombre de bâtiments typologie T1, la ligne est coupée alors du dernier point de division, et chaque ligne est extrudée d’abord en surface puis en volume correspondant aux information de hauteur du bâtiment choisi T1. Le reste de la ligne est par la suite divisé par la largeur du bâtiment T1’, puis converti en volume de la même façon, puis T2, et finalement T3.

Décaler la ligne de base

Convertir le nombre de lignes découpées pour T1 en surface

La partie restante de la ligne après avoir généré T1 Répéter le processus pour T1’

Résultat de toutes les divisions (en mode transparent « Wireframe »)

3-1-Optimisation évolutionnaire des résultats avec Galapagos :

Galapagos est un algorithme intégré dans Grasshopper qui permet de générer des variantes de design, les « inputs » sont des curseurs numériques qui contrôlent différent paramètre dans l’ilot, par exemple les nombres de chaque typologie et la profondeur du bâtiment, puis des critères d’évaluation, par exemple le nombre d’habitants ou le COS, selon le choix « maximiser » ou « minimiser » Galapagos génère des variations parmi lesquelles on peut choisir le résultat désirable.

Galapagos sur Grasshopper et les paramètres’inputs’ modifiables

Optimisation et génération de variations sur Galapagos selon le COS ou le nombre d’habitants cible

3-2-Scores et thèmes d’ilots : Selon le cœur d’ilot programmé, et les typologies choisies pour T1, T1’, T2 et T3, le score, le thème, et les communautés de l’ilots varient.

3-3-Distribution des équipements

La distribution des équipements se fait en sélectionnant tous les RDC programmable en équipements, puis en distribuant chaque type d’équipement de façon à permettre une distribution équitable entre tous les ilots. La fonction de distribution est « Jitter »

La première étape est de déterminer tous les volumes de bâtiments avec RDC programmables en équipements de proximité, par la suite un algorithme élaboré permet de distribuer des fonctions de RDC en équipements de proximité selon trois catégories : E1 (cafés, restos, commerces), E2(Services), E3(polyvalents, à prévoir selon les besoins, ou selon le thème des ilots.)

4-Analyse solaire avec Ladybug : Ladybug permet de visualiser et d'analyser des données météorologiques dans Grasshopper. Cela inclut des diagrammes comme la course du soleil, la rose des vents, le tableau psychrométrique, etc., ainsi que des études de géométrie comme l'analyse du rayonnement, l'étude des ombres et l'analyse des vues

Dans cette phase, nous allons effectuer une analyse solaire d’un ilot généré par l’algorithme précédent

La première analyse : UTCI universalThermalClimateIndex

L'application la plus familière de l'indice universel thermique du climat (UTCI) est sans doute la température donnée par les météorologues de la télévision lorsqu'ils déclarent que, même si la température sèche à l'extérieur est d'une certaine valeur, la température "semble" en fait être supérieure ou inférieure. L'UTCI est cette température de ce que le temps "ressent" et il prend en compte la température radiante (incluant généralement le rayonnement solaire), l'humidité relative, la vitesse du vent et les utilise dans un modèle d'équilibre énergétique humain pour donner une valeur de température qui est indicative du stress thermique ou du stress froid ressenti par le corps humain.

Analyse 2 : Confortable ou pas ?

Un flux de 0 et de 1 (ou de valeurs "Faux" et "Vrai") indiquant si une personne à l'extérieur est confortable pour chaque heure des conditions d'entrée. 0 indique qu'une personne n'est pas à l'aise tandis que 1 indique qu'elle est à l'aise. Une personne est considérée comme confortable lorsqu'elle ne subit aucune contrainte thermique (9 < UTCI < 26).

Analyse 3 : condition des personnes :

Un flux de valeurs intermédiaires de -3 à +3 qui indiquent ce qui suit : -3 - Stress froid fort - danger potentiel pour la santé publique avec des taux de mortalité supérieurs à la normale (UTCI < -13C). -2 - Stress froid modéré - froid mais pas de danger pour la santé publique (-13C < UTCI < 0C). -1 - Stress froid léger - froid mais confortable pendant de courtes périodes (0C < UTCI < 9C) 0 - Pas de stress thermique - conditions confortables (9C < UTCI < 26C). +1 - Stress thermique léger - chaud mais confortable pendant de courtes périodes (26C < UTCI < 28C). +2 - Stress thermique modéréchaud mais sans danger pour la santé publique (28C < UTCI < 32C). +3 - Stress thermique importantrisque potentiel pour la santé publique avec des taux de mortalité supérieurs à la normale (UTCI > 32C).

Analyse 4 : heures du soleil

Ce composant calcule le nombre d'heures d'ensoleillement direct reçu par une géométrie d'entrée en utilisant les vecteurs solaires du composant sunPath. Ce composant peut être utilisé pour évaluer le nombre d'heures d'ensoleillement reçu par la végétation dans un parc ou les heures où la lumière directe du soleil peut rendre un certain espace extérieur confortable ou inconfortable. Il peut également être utilisé pour des études d'ombre à grille grossière dans la scène Rhino. Pour des études d'ombre plus fines et plus détaillées avec une géométrie d'entrée simple, le composant Ladybug ShadowStudy peut être utilisé. Pour des études d'ombres détaillées avec une géométrie complexe, les outils Honeybee daylight sont recommandés.

Ensoleillement directe d’une journée typique de l’été appliquée sur un prototype d’ilot

Analyse 4 : analyse de radiation

L’analyse de radiation en principe est divisée en trois types : radiation directe, radiation diffuse, et la radiation totale.

Ladybug permet de visualiser ces trois types de radiation solaire sous forme de domes, trois en total.

Elle permet aussi de visualiser l’effet de ces radiations sur le site choisi.

Appliqué sur le site pour une période commençant le 1 septembre et se terminant le 30 septembre

Radiation totale du 1er au 30 Septembre appliquée sur le prototype d’ilot

Pour une période d’un an : (avec customisation de couleurs)

Radiation directe :

Radiation indirecte (diffuse) :

Radiation totale :

Il est aussi possible de créer des diagrammes avec des condition, par exemple une condition de « soleil bénéfique »

Dans cet exemple du diagramme solaire « sun path diagram », une température de 16 degrés est sélectionnée dans les conditions : les températures plus élevées sont « un soleil nuisible », et les températures plus basses sont « bénéfiques »

« harmful sun » :les radiations de températures plus que 16 degrés C

« helpful sun » : radiations avec températures moins que 16 degrés C

Comparaison entre les deux cas : Sky dome pour les températures de radiations <16 et >16 degrés C pendant un an du 1er Janvier au 31 Décembre

5-Expérimentations paramétriques :

Durant les différentes phases du projet, plusieurs expérimentations avec l’outil paramétrique ont eu lieu. Le but de ces expérimentations n’est pas seulement de créer des éléments à utiliser dans le projet (puisque quelques propositions ne sont pas appliquées sur le projet au final pour une raison ou une autre) mais aussi de démontrer le potentiel d’utilisation de ces outils dans le contexte marocain. Le résultat est une librairie d’éléments adaptifs paramétriques mariant entre les principes discutés durant la totalité de cette recherche.

5-1-Pont

Des ponts reliant les deux flancs de la route nationale N7 afin d’adoucir la division entre les deux parties de la ville.

Ponts conçus durant la phase du projet urbain

5-2-Motifs traditionnels Marocains :

Grace au Plug-in Parakeet, il est possible de générer des motifs traditionnels et de les manipuler de plusieurs manières. Dans cet exemple est expliqué une méthode parmi plusieurs, pour générer des itérations d’un motif, avec différents degrés de complexité :

La géométrie de base est une tessellation de type « carré tronqué » (traduction de l’anglais truncated square)

Par la suite, la complexité augmente en implémentant un motif :

Il est possible de contrôler plusieurs paramètres du motif choisi, et de générer ainsi plusieurs itérations, ou de conditionner chaque valeur de ces paramètres à la distance de chaque unité du motif d’un point ou d’une courbe.

Motif traditionnel généré en combinaison avec une condition de distance d’une courbe, plus les unités du motif sont proches de la courbe, plus le motif est ‘’ouvert ‘’.

Différents traitements de sol démarquent les différents quartiers

5-3-Systèmes de façades paramétriques :

-Briques ondulées + rotation :

Le principe de ce système est simple, c’est une double peau qui consiste de tubes métalliques verticaux courbés et encastrés dans les extrémités du bâtiment dans planchers hauts et bas, de briques perforées verticalement, et de rotation qui permettent des vues discrètes sur la toiture plantée.

Le système de briques ondulées en rotation.

Plon des ponts de la route nationale N7

Principe de la façade

-Système de blocs de terre cuite

Ce système est composé de plusieurs types de blocs de différentes tailles et opacités, le motif utilisé est une abstraction des formes géométriques présentes souvent dans les motifs traditionnels marocains, un losange et un carré chanfreiné.

Le motif se transforme graduellement pour protéger la façade du soleil, et le filtrer en même temps.

Système de façade appliqué sur l’immeuble bureau

5-4-Toiture arquée en « form finding » :

Résultat de Kangaroo

Grace au plug-in Kangaroo 2, il est possible de simuler des conditions physiques telle que la gravité.

Cette toiture qui vient rythmer les espaces privés intérieurs et conçue en prenant en considération la gravité, cette technique est intitulée « form finding », similaire a celle utilisée pour déterminer les arcs de la Sagrada Familia de Gaudi.

Afin de rendre la surface de la structure « plantable » et en profiter pour supporter le volume de la tour intérieur ainsi que les passerelles, on procède par une technique de « voxelisation » c’est-àdire la conversion du volume en voxels :

Le résultat du « form-finding » et sa conversion en voxels

5-5-double peau en vannerie et roseaux :

Cette double peau marie entre les outils de désigne paramétriques, les techniques traditionnelles de tissage de vannerie et de roseaux utilisés au Maroc et en Afrique en général, et les motifs traditionnels islamiques marocains.

Concernant la réalisation de cette double peau, les roseaux peuvent envelopper des tubes métalliques pour plus de résistance

Surface initiale de la double peau

Projeter le motif sur la surface de la peau

Résultat final

Chapitre 4 : Le projet urbain

1-Esquisse de l’intervention urbaine :

Ci-joint est l’esquisse d’idée de l’intervention urbaine, basée sur les intentions préétablies auparavant.

L’intervention principale, qui rentre dans la thématique du sujet traité, est qui fait sujet d’une pensé et expérimentation paramétrique est le terrain vide à aménager en typologies d’habitat.

Pour se faire, l’approche suivie est une approche “bottom up”, c’est à dire commencer par la petite échelle est arriver à la grande échelle.

Donc, logiquement, la première recherche algorithmique s’est faite sur l’ilot, unité composante du tissue urbain. Précisément, un ilot “résidentiel” mais en même temps mixte d’usage, suivant les principes élaborés durant la phase de recherche. L’idée est de développer un algorithme qui permet de créer des prototypes d’ilots adaptables, créer des variantes, et puis les distribuer en utilisant un autre algorithme qui détermine l’étalement de chaque prototype d’ilot, et gère les ilots exceptions ; terrains de villas, terrain espace verts, et terrains d’’équipements selon la grille normative. Grosso modo, cette phase élabore l’application des stratégies de génération des bâtiments dans le terrain étudié.

3-Résultat de l’algorithme community lab 1.0 :

4-Intervention urbaine : zone résidentielle :

Chapitre 5 : Le projet architectural

1-Analyse solaire du projet

2-Esquisses

6-Façades et matériaux :

Chapitre 6 : Rendus

Conclusions

L'algorithme Community lab 1.0 est un outil qui permet aux architectes de créer une base solide durant la phase de planification urbaine, il permet également une homogénéité non contraignante, qui peut servir de couche de base lorsque différents architectes collaborent sur un projet. Il peut également fournir différentes itérations rapidement, avec une évaluation en temps réel des résultats.

Tous les algorithmes développés (community lab, et l’algorithme de façade, par exemple) sont des algorithmes adaptables qui peuvent être utilisés dans une variété de contextes. Néanmoins, il y a encore de la place pour l'amélioration, puisqu'il ne s'agit que de la version 1.0.

Par exemple, le Community lab est créé en tenant compte d'un terrain plat, une version améliorée pourrait prendre en considération les terrains en pente. Le Community lab peut également être modifié pour s'adapter à différents scénarios, avec différentes typologies, et fournir plus d’informations en temps réel tel que le coût du projet

Bibliographie :

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