Programmer l'ombre parfaite

Depuis peu, l'Istituto Svizzero de Rome montre de quoi les technologies numériques sont capables dans l'architecture. Sur la terrasse d'un bâtiment annexe de l'institut culturel suisse se trouve depuis juin un pavillon en bois hors du commun. Ce qui frappe dans cette construction pouvant atteindre quatre mètres de haut, ce sont les courts éléments en bois qui ne sont reliés que par des chevilles en bois.

Le système d'éléments en bois s'élargit et se densifie, créant ainsi sans cesse de nouvelles zones d'ombre en fonction de la position du soleil. "Si l'on observe la structure de la pergola de plus près, on découvre dans son agencement un ensemble de règles qui indiquent l'origine numérique de la construction. Chaque élément en bois fait partie d'un système plus vaste, ce qui permet d'expliquer les transitions subtiles qui ont donné son nom au pavillon : Gradual Assemblies", explique Hannes Mayer, responsable du programme MAS et maître-assistant à la chaire d'architecture et de fabrication numérique.

Dans la filière d'études avancées (MAS) "Architecture et fabrication numérique", les compétences en matière de planification et de fabrication numérique sont transmises à une jeune génération. Dans le cadre de la formation, des projets de construction servent à comprendre l'ensemble du processus de planification et de construction numérique, tout comme la construction physique et ses conditions cadres dans la réalité - de la conception à l'achèvement. Parallèlement, la fabrication robotisée est au cœur du programme d'enseignement.

Une terrasse comme terrain de construction

L'Istituto Svizzero avait invité à la construction du pavillon. Le lieu de construction imposé aux étudiants était la terrasse en travertin en forme de L, d'une surface de 250 mètres carrés, située sur un bâtiment annexe de l'Istituto Svizzero. Celle-ci est exposée toute la journée au soleil brûlant de Rome et, malgré sa belle situation, n'est guère utilisable.

Pour les étudiants, ce projet représentait un défi particulier : "Rome était autrefois une ville d'innovations en matière d'architecture, réunissant l'art et la technique. Aujourd'hui, nous la percevons principalement comme un lieu historique", explique Mayer. "Nous avions donc la possibilité de ramener un peu de force d'innovation à Rome".

Les 17 étudiants y sont parvenus en un temps extrêmement court. Ils ont conçu, développé et construit le pavillon en seulement dix semaines. Près de trois semaines ont été consacrées à la fabrication des éléments à Zurich et une semaine à l'érection de la construction sur la terrasse. Début juin, la construction était prête et a été inaugurée en grande pompe.

Chaîne de processus purement numérique

Le développement et la fabrication de la pergola ont suivi une chaîne de processus purement numérique. Les étudiants ont réuni dans un modèle numérique le projet, les résultats d'une simulation de la position du soleil pour le positionnement des éléments en bois, les conditions cadres de construction et les données de fabrication.

"Avec des méthodes traditionnelles, il serait impossible de définir la position des 700 éléments en bois et des 2700 chevilles en hêtre, de manière à obtenir une image d'ensemble aussi dynamique qu'harmonieuse. Il faut des règles qui, traduites en algorithmes, réunissent les nombreux éléments individuels en un bel ouvrage performant", explique Mayer en soulignant les avantages du développement numérique.

L'interaction entre les chevilles et les lamelles de bois dans cette construction a l'avantage de permettre la construction d'une structure ouverte. Cela permet en outre au pavillon de suivre une ligne courbe et aux éléments de construction en forme de poutre de se rétrécir ou de s'éventer. Les étudiants ont monté à Rome onze sponsors composés de 22 éléments individuels et les ont assemblés en une structure globale apparemment sans soudure.

Pas de colle, pas de clous, pas de vis

Tous les éléments de la pergola ont été fabriqués au Robotic Fabrication Laboratory de l'ETH Zurich. Le modèle numérique a permis de piloter deux bras robotisés installés sur un pont mobile depuis le plafond de l'Institut de technologie en architecture sur le campus du Hönggerberg de l'ETH. L'un des bras a placé les lattes de bois au millimètre près, tandis que l'autre a percé des trous pour les chevilles en bois selon des angles différents et opposés, ce qui a amélioré l'effet de consolidation des chevilles. "Pour ce travail, le robot est un outil parfait, car il peut positionner les différents éléments très précisément dans l'espace. Grâce à lui, des conceptions numériques complexes et différenciées peuvent être transposées dans le monde physique", souligne Mayer.

Cependant, cela n'a pas pu se faire entièrement sans l'homme. Les étudiants ont dû enfoncer manuellement toutes les chevilles en bois. Celles-ci ont été préalablement séchées dans un four. Le bois a ainsi rétréci, ce qui a permis d'enfoncer les chevilles dans des trous plus petits. Une fois placées, elles étaient à nouveau humidifiées, de sorte qu'elles gonflaient et se liaient solidement aux éléments en bois correspondants. Hormis l'assemblage des plaques de sol métalliques avec les sponsors, le pavillon n'a donc besoin ni de colle, ni de vis, ni de clous.

"Le bois et l'humidité jouent ici de concert avec les outils numériques de conception et de fabrication pour faire évoluer la technique des assemblages bois-bois", explique Mayer. "La technique des assemblages bois-bois a connu un premier essor dès le Moyen Âge, avant d'être supplantée par la construction industrielle. "A l'ETH Zurich, elle sort à nouveau de l'ombre pour projeter une nouvelle ombre merveilleuse à Rome".