TENSÉGRITÉ - Chapalain, Pallier, Cornu, Doc

La Tenségrité

Le Principe :

           C'est un processus omniprésent dans la nature et qui s'applique à de nombreuses parties du corps humain. Il met en évidence son fonctionnement efficace : un minimum d'effort pour un maximum d'efficacité.

Principe de tenségrité dans le corps humain : le genoux et la colonne
 vertébrale

         En architecture elle désigne la capacité d'une structure à se stabiliser par le jeu des forces de tension et de compression qui s'y répartissent et qui s'y équilibrent. Les structures sont réalisées par des barres reliées par des câbles, et aucun de ces éléments ne se touchent.

Pont Kurlipa, à Brisbane - Australie

Schema d'une maquette en tenségrité

               

Les Expériences :

1er essai : Deux barres sont mises en compression par un élastique, et elle soutiennent leur propre poids. Le processus n'est cependant pas correct car les deux barres se touchent.

2eme essai : Travail sur la répartition des forces d'un premier module composé de trois barres. La troisième permettant à la structure de tenir debout. Les barres en compression sont liés par des câbles (nylon) qui eux sont en traction.

Par la répartition des forces, ont met en évidence la stabilité et la légèreté d'une structure qui tient seule.

3eme essai : Echec.

Tentative de construction d'une structure orthogonale à partir de ces processus (9 barres), dans l'idée de produire par cet assemblage un structure plus complète.

On constate de plus que lorsqu'un câble lâche, plus rien ne tient. La structure en tenségrité dépend de chacun de ses constituants. Si un câble n'est pas suffisamment en tension sa résistance est nulle.

4eme essai : Etude de la résistance et de l'équilibre du processus dans un assemblage verticale. L'idée est de concevoir un prototype d'une taille plus grande pour mieux appréhender ses propriétés à plus grande échelle et dans la verticalité.

Utilisation de barres de différente taille pour gagner en hauteur ou en largeur en les combinant.

On remarque que même en gagnant en amplitude, le processus garde ses qualités de stabilité et de souplesse.

5eme essai : A partir du module du 2eme essai, nous avons fait une tentative d'assemblage de plusieurs modules identiques, afin de montrer qu'il est possible de gagner en hauteur ou en largeur en fonction des différents combinaisons possibles.

Ici on obtient une forme complexe à partir d'une forme simple et par la répétition de celle ci. A partir de ce système il devient possible d'imaginer une infinité de forme.






D'après ces expériences ont remarque donc l'intérêt de ce type de structure : elles sont très légères, nous permettent d'atteindre une certaine hauteur ou largeur en la répétant. Cependant on se rend compte qu'elle à des limites : sa dépendance de tout les éléments qui la constituent la rend très vulnérable, ainsi que sa complexité de fabrication jusqu'au dernier élément.

Le Projet :

            Nous avons imaginé à partir de ce processus pouvoir créer un mobilier urbain, car il répond aux exigences de légèreté et stabilité. Ici les structures ont des formes adéquat à la détente à l'installation de l'individu. Ces structures pourraient être modulable dans le sens ou chaque coté présente une ergonomie différente. 

Prototype d'un module :

Nouvel essais, on développe de nouvel surface grâce à l'utilisation de collants. Les pytons permettent aux fils de se mouvoir ensemble quand un corps est appliqué dessus : 

Projet Bellastock - Tenségritente

Proposition de projet en Tenségrité

Application de ce processus naturel dans un projet architectural :

- Proposition d’un mobilier urbain à échelle humaine à partir d’un module type en tenségrité.
- Idée de créer, en prenant un élément simple, mobile, facilement démontable et transportable, une multitude de possibilités d’appropriations : différentes assises, abris.
- Élément utilisable tant en verticalité qu’en horizontalité, sa fonction change selon son orientation.
- Libertés d’appropriations accentuées par les textures utilisées pour habiller le module : toile élastique (collant en maquette), cordes de nylon souples (ficelle en maquette).
- Corde de nylon : assise et escalade de la structure.
- Toile : abris, et assise.
Ces fonctions se révèlent et changent selon l’orientation de l’objet.

Alezraa Dozat Gobin Heqimi

EXPERIENCE_N°1_Fossilisation

Fossile ammonite, molusque céphalopode.

Les ammonites se caractérisent par une coquille univalve plus ou

moins enroulée dont seule la dernière loge était occupée par l’animal; les autres loges servent à contrôler sa flottaison. Leur taille va de quelques millimètres, à plus de 2 mètres de diamètre. La coquille étant le principal élément de l’ammonite à se fossiliser, la phylogénie des ammonites est donc essentiellement basée sur la description de leur coquille. Les formes les plus courantes de coquilles sont dites planispiralésce qui veut dire que le tube s’enroule autour de lui même dans un seul plan. Les coquilles arborent des structures sous la forme d’excroissances. Les ammonites se déplacaient comme les nautiles. Elles contrôlaient leur profondeur grâce aux différentes loges de leur coquilles et se déplacaient la tête en arrière et pour avancer, elles aspiraient de l’eau pour l’expirer avec force afin d’avancer. La morphologie cylindrique de la coquille permettait de conserver un centre de gravité et de flottaison au centre de la coquille, qui, associé à un péristome toujours en position basse sous l’effet du poids de l’animal, permettait à l’ammonite d’être constamment en position horizontale à l’image du nautile.

S’intéresser au processus de fossilisation, du passage dans le temps par l’empreinte dans la matière de l’élément fossilisé. Conservation dans la roche sédimentaire d’un animal ou végétal. 

Expérimentation.

Choisir des éléments naturels à tailles réduites trouvés dans la rue. 

Simuler une fossilisation par des moulages dans du plâtre ou de la cire chaude. 

Obtenir des résultats; différentes formes gravées dans la matière résultant de l’expérimentation. Jouer avec le négatif de la forme. 

Former un territoire dont les limites sont les contours de la cuve. 

Cette nouvelle zone, publique, est constituée de fibres ou rainures, venant troubler la forme initiale arrondie. Ces élements deviennent praticables, modulables de différentes manières selon les individus (assise, aire de jeux, chemins...). Le contexte d’implantation peut changer, de façon à dénaturaliser ou fortifié le lieu, au profit d’une immersion totale. 

=> 

Processus :

nom du processus : fossilisation

nature : processus naturel

Paramètres : 

Forme dépendante du temps et du climat; aléatoire.

échelle : variable.

Espaces générés :

diversité des espaces créés : grande.

qualités spatiales : 

(donner 5 qualités architecturales des espaces qui sont créés (par typologie s'il y a une diversité d'espaces possibles)

Transposition dans un projet architectural :

facilité d'insertion dans un site.

types de programmes possibles : espace urbain, nouveau sol.

constructibilité : creusé.

EXPERIENCE_N°2_Déformation

TP 1 

Matériel

- Film plastique 

- Sèche cheveux 

- Bombonne d’azote 

Expérience

Transformation d’une surface plane à partir d’une force physique naturelle qui lui est appliquée ; le vent. Utiliser des températures et matériaux différents. Essayer de figer la forme. 

Observation

Déformation de la surface, en fonction du point d’appui de la force. Essayer de figer la forme par l’application de l’azote sur la surface déformée. 

Conclusion

Nouvel état de surface.

TP 2 

Matériel

- Casserole d’eau chaude 

- Film plastique 

Expérience

Transformation d’une surface plane à partir de la vapeur d’eau chaude. Utiliser des températures différentes et matériaux différents. 

Observation

Déformation uniforme de la surface par l’ébullition de l’eau dans la casserole. 

Conclusion

Film plastique pas assez résistant à la chaleur.

TP 3 

Matériel

Cire 

Glaçons 

Sèche Cheveux 

Bombonne d’azote 

Expérience

Transformation d’une surface plane, plaque de cire, à partir d’une force physique naturelle qui lui est appliquée ; le vent. 

Observations

Déformation de la surface, en fonction du point d’appui de la force. Essayer de figer la forme par l’application de l’azote sur la surface déformée. 

Conclusion

Nouvel état de surface.

=> 

Processus :

nom du processus : déformation par le vent d'une surface molle 

nature : processus naturel

Paramètres : 

Température, puissance et direction.

échelle : grande.

Espaces générés :

diversité des espaces créés : faible.

qualités spatiales : arrondies.

EXPERIENCE_N°3_Chute libre

1| INTRO

Suite aux deux recherches effectuées, nous avons décidé de travailler sur le principe de gravité, restant en lien avec ce qui a été développé précédemment sur la recherche d’empreinte et de déformation de forme (recherches 1 et 2). Nous appliquons la gravitation d’un objet à travers la chute libre ; objet soumis à son propre poids. L’observation des expériences se porte essentiellement sur l’impact de l’objet sur le sol ; le passage de son état d’origine à son état déformé. Quelles déformations – quelles formes obtenues ? Quel lien avec le procédé ?

2| PROCESSUS

Partie historique L'origine de la célèbre histoire de la pomme qui tombe est racontée par Voltaire. Le raisonnement de Newton, inspiré de la philosophie cartésienne était le suivant : si on suppose qu'une force attractive existe entre le Soleil et les planètes, elle devrait exister entre tout corps constitué de matière. En particulier entre la Terre et la Lune, et entre la Terre et n'importe quel objet à sa surface. La loi de la gravitation universelle de Newton est l’une des plus grandes découvertes de l’histoire de l’humanité. Historiquement, l’importance de cette loi a été considérable : elle a permis d’unifier les théories de la chute des corps (énoncée par Galilée) et du mouvement des planètes et des astres (formulée par Kepler) et de développer un premier modèle de l’Univers.

Gravité La loi de la gravitation universelle stipule que deux corps de masses respectives MA et MB, situés à une distance d, s’attirent selon une force F dont l’intensité est proportionnelle au produit de leurs masses et inversement proportionnelle au carré de la distance d qui les sépare.

FA/B = FB/A = G.(MA/MB)/d^2

F est l’intensité de la force G représente une constante de proportionnalité, appelée constante de gravitation (G = 6,67.10-11 SI) m1 et m2 sont les masses des deux corps d est la distance entre les deux centres de gravité des corps

Chute libre Dans un référentiel Galiléen, supposons que la force de frottement de l’air et la poussée d’Archimède soient négligeables, l’objet en chute libre n’est soumis qu’à son propre poids.

3| EXPERIENCES

Objectif : étudier l’impact et la déformation d’un objet sur le sol à travers la chute libre.

Procédé : au préalable, nous dresserons une liste de matériaux à utiliser, suivant leurs caractéristiques premières (masse, résistance, ductilité etc.). L’intérêt étant d’essayer de comprendre quels sont les facteurs de déformation d’une matière après l’impact sur le sol. Laisser tomber l’objet de 1.6m (la taille de Gerta étant notre référence, nous recherchons une proportionnalité des distances), 3.2m, 6.4m etc. Pour mieux comprendre le procédé, nous répèterons, dans certains cas, deux fois la même expérience en changeant simplement des paramètres (ex: hauteur, objet).

Tableau comparatif : données : Matière (matérialisée dans des aliments du quotidien) distance, temps. Le choix formel des objets est réfléchi de tel sorte que la comparaison se limite au seuls changements de paramètres.

                        

Conclusion des expériences 

Plus la distance est grande, plus la matière se déforme.

Deux expériences, avec les mêmes paramètres (matériaux, densité, hauteurs, etc.) ne donnent pas le même résultat formel. L’empreinte de la forme sur le sol diffère d’une expérience à l’autre. Comment arriver au même résultat ? Quels sont les facteurs changeants ? Lancé verticalement, quel lien entre l’étalement et le point d’impact sur le sol ? Rapport moléculaire à la matière ? A la densité ? Au-delà des forces de frottement de l’air sur l’objet.

 Accélération de l’objet dans sa chute accentue l’impact au sol. Energie cinétique élevée (énergie emmagasinée par la vitesse de l’objet).

=> 

Processus : 

nom du processus : gravité et chute libre

nature : processus physique

Paramètres : 

Hauteur, poids de l'objet, propriété du sol.

échelle : variable.

Espaces générés :

diversité des espaces créés : grande.

qualités spatiales : empreinte et déformation.

                                                                                                                                                 


Recherche de sites

Creux - Intervention

Former un territoire dont les limites sont les contours de la cuve. 

Cette nouvelle zone, publique, est constituée de fibres ou rainures, venant troubler la forme initiale arrondie. Ces élements deviennent praticables, modulables de différentes manières selon les individus (assise, aire de jeux, chemins...). Le contexte d’implantation peut changer, de façon à dénaturaliser ou fortifié le lieu, au profit d’une immersion totale.

Port au Prince - Haïti

 

S'implanter sur une zone abandonnée; évidée de toute construction face à un réseau routier dense.

Interagir sur l'étalement non contrôlé des habitations. Redonner un centre consacré à l'espace public.

 Chek Lap Kok - Hong Kong

L'aéroport est situé sur une île.

Mettre en relation les habitants temporaires de l'île, les voyageurs, avec les habitants de l'autre côté.

Eponge Marine

Laura Bouyard,  Babaccar Fall

Processus: analyse de la mousse expansive

Nom du processus: Éponge marine. / Nature: Processus physique. / Paramètres: mousse, air. / Niveau de contrôle sur la forme: (voir ci-dessous les expériences: Expérience 1: en partie contrôlée (moule) / Experience 2: aléatoire (aucune contrainte appliquée) / Échelle: microscopique sur la surface, macroscopique à l'intérieur

Espaces générés: 
Bulles de différents volumes

Diversité des espaces créés: 

la porosité de la surface est due aux minuscules bulles (microscopiques), à l'intérieur de l'éponge, on retrouve différents volumes de bulles (macroscopiques)  par rapport à celles qui constituent la surface: petites, moyennes et grandes   

Qualités spatiales: 

À l'extérieur, on constate des cavités à des positions aléatoires sur la surface qui semble, à l'oeil, être lisse. Cela fait penser à des espaces centristes ayant une superficie considérable par rapport à de plus petits espaces entourant celle-ci. La positon de chaque cavité apparait comme étant centriste; elle sont entourées généralement de plus petites bulles. Ce sont des espaces créés par d'autres espaces plus petits, agissant comme une enveloppe.

À l'intérieur, la forme des espaces ressemble à ceux de l'extérieur. Cependant, l'échelle  des bulles change de microscopique à macroscopique. On peut ajouter que la structure est très légère, car même si elle parait dense, sa masse n'est pas élevée car ce ne sont que de l'air et des membranes ultra fines qui délimitent les cavités.

détail d'une structure d'éponge

Univers sémantique: 

1. Le Palais Bulles 1984,  architecte: Antti Lovag, lieu: Théoule-sur-Mer (voirci-dessous). Les grandes bulles font office de pièces tandis que les plus petites servent à des ouvertures.

Palais des bulles

Palais des bulles, le salon

Palais des bulles

2. Le centre national de natation de Pékin (J.O 2008), architectes autraliens 

PTW. Les bulles sont utilisés comme enveloppe. 

centre de natation de Pékin

Centre natation de Pékin

3. Departure Lounge, projet non-réalisé à Berlin architecte: Chris Bosse     

Transposition dans un projet architectural:

Facilité d'insertion dans un site : La mousse permet une certaine malléabilité selon la limite spatiale imposée, l'adaptation à un site que ce soit urbain ou rural ne changera pas la typologie d'espace mais la repartition des différentes bulles; cela implique un changement dans les volumes et la densité de bulles dans des lieux ayant un gabarit plus restreint.  La constructibilité : Selon l'utilisation; en façade et structure ou en espace (voir ci-dessous), le métal, le béton, le plastique sont utilisés. La construction nécessite des calculs complexes.

 
Experiences:

Experience 1

Nous imposons la forme qui sera rectangulaire, nous remplissons le moule avec la mousse puis nous le refermons. Le temps de séchage est de deux jours. Nous attendons de cette expérience la création de bulles, de petits espaces que nous étudieront ensuite à la loupe pour mieux comprendre les circulations entres eux et leurs formes.

Résultats expérience 1

La mousse n'a pas complétement pris la forme du moule, elle est lisse en surface. Nous faisons des coupes dans la maquette longitudinales et transversales afin d'étudier les différents petits espaces générés; sont ils plus ou moins larges, longs, selon telle coupe ou méthode de génération?

Il s'avère que les cavités générées sont allongées, pointues, pour cette expérience et elle se developpent vers le haut du fait de la pression du moule.

Experience 2

Nous avons fait un autre essai cette fois sans moule. Les cavités se développent vers les cotés et vers le haut.

On remarque que les plus grosses cavités sont rassemblées vers les bords et non pas éparpillées.

PHASE N°2, ADAPTATION DU PROCESSUS DE FORMATION DE L’ÉPONGE MARINE EN UN ÉLÉMENT DE MOBILIER

L’étude de la mousse expansive montre qu’elle  est faite d’air principalement et même si son aspect paraît dense, elle est en réalité très légère. De plus, ce matériau est utilisé comme isolant et lorsqu’il s’expend sans contrainte, une peau lisse se forme à la surface, rendant imperméable l’objet. Ces qualités peuvent être mises à profit pour du mobilier de jardin entre autres. La mousse sera juste une enveloppe recouvrant une structure qui portera le poids du corps et elle ne sera pas visible.

Essai 1: structure légère en bois

Ce premier essai fût un échec car la mousse est difficilement contrôlable en terme de forme, ainsi la structure initiale était noyée dans la mousse, même ci celle ci était appliquée en fine couche. Les paramètres de contrôle étaient faibles car la mousse pouvait s'expandre dans toutes les directions, la contrainte était donc quasi nulle.

Ceci nous amena à revoir la structure de manière à pouvoir davantage controler les formes produites. L'utilisation de plans horizontaux et verticaux nous a permit de réduire la part de hasard dans le developpement naturel de la mousse, car celle ci ne pouvait plus s'expandre que dans un sens, vers le haut, sans pour autant qu'on ait a la contraindre en surface, ce qui aurait modifié au rendu ses qualités d'imperméabilité en empechant la peau de se former correctement (voir phase 1, expérience 1 avec la boite et expérience 2 sans contraintes).

Structures de formes variées au 1/20e: plans, élévations, perspectives... sans la représentation de la peau en mousse

Application en maquette de la première structure au 1/10e

Sur cette coupe on peut donc voir la structure intérieure faite en carton craft et par dessus, comme une peau, la mousse composée d'air principalement, le rendu est très léger. La surface de la mousse est isolante, resistante aux intempéries.

Le contexte choisi est le parc de Versailles, dans lequel chaque été des artistes interviennent en introduisant de la sculpture ou autres; d'où la série de structures variées qui pourrait s'implanter dans ces lieux en plein air qui deviennent alors espaces d'exposition et créent une interaction avec les visiteurs.

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