Pavillon Intcdc de l’université de Stuttgart

Le “pavillon livMatS” dans le jardin botanique de l’université de Fribourg est constitué de fibres naturelles enroulées de manière robotique. Il a été développé et construit par des étudiants des clusters d’excellence livMatS et IntCDC des universités de Fribourg et de Stuttgart.

Dans le monde entier, les chercheurs sont à la recherche d’un modèle d’alternative durable et efficace en termes de ressources aux méthodes de construction conventionnelles. Dans le cadre d’un projet commun, des chercheurs des universités de Fribourg et de Stuttgart ainsi que des étudiants en master de l’université de Stuttgart ont présenté un concept. Et il a également été construit. Il s’agit d’un bâtiment en fibres naturelles enroulé de manière robotique, que l’on peut admirer depuis peu dans le jardin botanique de l’université de Fribourg. Le nom quelque peu encombrant de “pavillon livMatS” fait référence au domaine de recherche et au cluster d’excellence fribourgeois “Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (livMatS)”. Le pavillon vise à illustrer comment la combinaison de matériaux naturels et de technologies numériques avancées permet de créer une architecture bio-inspirée unique.

Sa structure porteuse est constituée de fibres de lin enroulées de manière robotique, une évolution des instituts des matériaux composites synthétiques utilisés jusqu’à présent, comme les fibres de verre et de carbone. Les fibres de lin, en revanche, sont renouvelables par cycles annuels de récolte, disponibles dans la région et biodégradables. Surtout en combinaison avec une construction légère efficace, elles pourraient réduire considérablement l’empreinte écologique des bâtiments. “Les matériaux composites présentent un excellent rapport résistance/poids”, explique Jan Knippers de l’Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE). Or, le passage de la fabrication de fibres synthétiques à celle de fibres naturelles était tout sauf simple. “En ce qui concerne la conception assistée par ordinateur, les processus de travail de la fabrication robotisée et le contrôle des machines, les fibres naturelles et leur variabilité biologique ont posé de nouveaux défis aux chercheurs que nous sommes”, explique Achim Menges de l’Institut pour la conception assistée par ordinateur et la fabrication de bâtiments (ICD).

© IntCDC, Université de Stuttgart | Source : YouTube

La nature comme modèle pour le pavillon de l’IntCDC

Le cactus saguaro et le cactus figuier ont servi d’inspiration pour la disposition réticulaire des fibres naturelles et l’enroulement sans noyau. Ces deux cactus se distinguent par leur structure ligneuse particulière. Le cactus saguaro dispose d’un squelette cylindrique qui est creux à l’intérieur et donc particulièrement léger, estime Thomas Speck, directeur du jardin botanique. Il est constitué d’une structure en bois réticulée qui confère en outre au squelette une stabilité particulière. “Le tissu des pousses latérales aplaties du figuier de Barbarie est également composé de faisceaux de fibres de bois réticulés, disposés en couches et reliés entre eux. Le tissu du figuier de Barbarie se caractérise ainsi par une résistance particulièrement élevée”, poursuit Thomas Speck.

Les chercheurs ont fait abstraction de ces structures réticulaires des modèles biologiques et les ont transposées dans le pavillon livMatS par l’enroulement, le “coreless winding” des fibres naturelles. Grâce à cette abstraction – les processus d’enroulement ou de tressage n’existent pas chez les plantes – les chercheurs ont pu transférer les propriétés mécaniques des structures de fibres réticulées sur les éléments porteurs légers du pavillon livMatS, explique l’institut livMatS dans une explication du processus.

La structure porteuse du pavillon se compose de 15 éléments en fibres de lin, préfabriqués exclusivement à partir de fibres naturelles. Une clé de voûte en fibres en constitue le point central. L’aspect filigrane de la surface des différents éléments rappelle à la fois les constructions traditionnelles à colombages et le modèle biologique. La longueur totale des différents éléments varie entre 4,50 et 5,50 mètres et ne pèse en moyenne que 105 kilogrammes. L’ensemble de la construction en fibres ne pèse qu’environ 1,5 tonne pour une surface totale de 46 mètres carrés. La construction a été réalisée par FibR GmbH Stuttgart, l’un des partenaires industriels du projet.

Le pavillon servira à l’avenir de lieu de manifestation – et notamment pour illustrer le travail de l’équipe. Le développement de la construction repose par ailleurs sur une collaboration de longue date entre une équipe d’architectes et d’ingénieurs du master ITECH du cluster d’excellence “Integratives computer-based planning and construction for the architecture (IntCDC)” de l’université de Stuttgart et des biologistes du cluster d’excellence Living. Adaptive and Energy-autonomous Material Systems (livMatS) à l’Université de Fribourg. (Red)

Équipe du projet :

ICD : Institute for Computational Design and Construction – Prof. Achim Menges/Cluster d’excellence IntCDC, Université de Stuttgart ;
ITKE : Institute of Building Structures and Structural Design – Prof. Jan Knippers/Cluster of Excellence IntCDC, Université de Stuttgart
en collaboration avec livMatS, University of Freiburg – Prof. Dr. Thomas Speck, Prof.

Chercheurs
Marta Gil Pérez, Serban Bodea, Niccolò Dambrosio, Bas Rongen, Christoph Zechmeister Gestion de projet : Katja Rinderspacher, Marta Gil Pérez, Monika Göbel

2018 à 2020 : Talal Ammouri, Vanessa Costalonga Martins, Sacha Joseph Cutajar, Edith Anahi Gonzalez San Martin, Yanan Guo, James Hayward, Silvana Herrera, Jeongwoo Jang, Nicolas Kubail Kalousdian, Simon Jacob Lut, Eda Özdemir, Gabriel Rihaczek, Anke Kristina Schramm, Lasath Ryan Siriwardena, Vaia Tsiokou, Christo van der Hoven, Shu Chuan Yao

2018 à 2019 : Karen Andrea Antorveza Paez, Okan Basnak, Guillaume Caussarieu, Zhetao Dong, Kurt Drachenberg, Roxana Firorella Guillen Hurtado, Ridvan Kahraman, Dilara Karademir, Laura Kiesewetter, Grzegorz Łochnicki, Francesco Milano, Yue Qi, Hooman Salyani, Nasim Sehat, Tim Stark, Zi Jie, Jake Tan, Irina Voineag