Primeur: des chercheurs ont mis au point une structure en bois auto-formante

Des chercheurs de l'Université de Stuttgart ont réussi à mettre au point une structure en bois légère et auto-formante. Des méthodes informatiques de pointe ont été utilisées pour appréhender les propriétés hygroscopiques du bois et ensuite les utiliser comme un atout. Lorsque le bois commence à sécher au contact de l'air, la structure en bois initialement plate prend une forme incurvée.

Architecture écologique

Selon les chercheurs, l'ensemble de l'environnement bâti requiert une approche fondamentalement nouvelle. L'énergie et les matériaux se raréfiant, il faut repenser les processus de conception, d'ingénierie et de construction. Avec HygroShell, l'équipe du projet prend les devants. Comme son nom l'indique, cette structure utilise les propriétés hygroscopiques du bois (capacité du bois à absorber et libérer l'eau). Cette structure a été récemment présentée à la Biennale d'Architecture de Chicago.

Légère, la 'coque' en bois d'une portée considérable est produite et assemblée totalement à plat et prend sa forme incurvée d'elle-même sur le site. Cela implique des calculs informatiques sophistiqués, car c'est précisément en contrôlant le taux d'humidité que les propriétés naturelles du bois ont pu être exploitées en tant qu'élément architectural. Cette méthode permet également de réaliser des économies considérables en termes de matériaux. L'HygroShell est un auvent subtilement incurvé qui s'étend sur une portée de 10 m pour une épaisseur de seulement 28 mm. La structure en bois tendre présente un rapport courbure/épaisseur de 50-70 et un rapport d'élancement de 350:1, équivalent à celui des coquilles d'œuf.

ITECH/ICD/ITKE University of Stuttgart -

Auto-formage grâce aux propriétés hygroscopiques du bois

HygroShell a été fabriqué à partir de bois d'épicéa récolté localement. Permettant ainsi de maîtriser le transport. Le sciage s'est effectué juste avant la production afin que le taux d'humidité reste élevé. Des informations détaillées sur chaque planche ont été recueillies dans un modèle de données numériques, notamment sur le taux d'humidité et l'orientation du grain. Cela a permis de se faire une idée des propriétés physiques et mécaniques de chaque planche.

Chaque planche s'est vu attribuer un potentiel de courbure pouvant être mis à jour en permanence en fonction du taux d'humidité. Cette approche en temps quasi réel a permis d'adapter la courbure au matériau disponible à tout moment, tant lors de la conception que pendant la fabrication. Permettant ainsi de lutter contre le gaspillage.

La structure se compose de deux couches de bois superposées, la couche 'active' ayant un taux d'humidité élevé tandis que l'autre couche est constituée de bois beaucoup plus sec. Le modèle complexe garantit la pose de chaque planche au bon endroit. La structure à double couche commence à fléchir lorsque la couche active, riche en humidité, commence à se rétracter sous l'effet de l'exposition à l'air. Il a ainsi été possible d'obtenir une géométrie courbée de manière écoénergétique et passive. Les bardeaux de bois placés au-dessus agissent comme des écailles. Ils s'adaptent à la courbure de la surface, tout en assurant la protection contre les intempéries.

Le fait que l'humidité relative puisse varier considérablement d'un jour à l'autre et d'une saison à l'autre constitue un défi pour ce processus. La courbure et l'humidité ont donc été étroitement surveillées pendant plusieurs jours à l'aide de scanners et de capteurs intégrés. Une fois que les pièces ont atteint la courbure recherchée, la géométrie a été verrouillée par laminage d'une couche supplémentaire de contreplaqué courbé de 4 mm à l'intérieur des bicouches incurvées, permettant ainsi d'accroître la stabilité de forme.

ITECH/ICD/ITKE University of Stuttgart -

Rendre la construction en bois plus durable

Si la construction en bois massif est déjà généralement considérée comme durable, cette approche permet de réduire encore davantage l'impact écologique global. En effet, le bois est souvent séché dans un four, une opération très énergivore. En utilisant des lamelles de bois relativement fines et en les laissant sécher à l'air libre, cette étape de production a pu être supprimée et, dans le même temps, il est devenu possible de créer de grandes pièces courbes. Avec ce projet, l'objectif principal de l'équipe est également de démontrer que les systèmes de construction auto-formants peuvent fortement simplifier le travail sur chantier. Non seulement ils rendent les coffrages superflus, mais l'autonomie de ces systèmes réduit également les besoins en main-d'œuvre et en machines.

HygroShell prouve qu'il est possible de réaliser des structures en bois de plus grande portée sans augmenter la quantité de matériaux ni la masse structurelle. De loin, le pavillon paraît dynamique et ultra fin. Avec une surface de 40 m² et un poids de seulement 40 kg/m², il est ultra léger, tant en termes de poids que d'impact sur la planète. Les raccords intégrés sont invisibles d'en bas, créant ainsi une continuité que l'on associerait plutôt à une architecture en béton ou en textile. Un bel exemple d'association de la haute technologie et des processus naturels.