Structure en alvéole- Nid d'abeille

SEBBAN_MARION-ARDALAN_DUMAS_MOLKHOU

Processus :

nom du processus : alvéole d'abeille

nature : physique, l'abeille construit l'alvéole à partir du miel.

Paramètres : la forme est totalement contrôlable. La structure en nid d'abeille est utilisée en architecture, notamment pour créer des structures.

échelle : l’échelle du processus est macroscopique.

B Espaces générés :

diversité des espaces créés : aucune, la structure alvéolaire reste toujours la même.

qualités spatiales : l'alvéole permet de construire des structures "infinies".

Univers sémantique : le nid d'abeille n'appartient pas à une période donnée, cependant les différentes avancées technologiques apparues au XXème siècle en ont permis la réalisation en architecture.

C Transposition dans un projet architectural :

facilité d'insertion dans un site : le nid d'abeille peut s'adapter à un grand nombre de site, il est utilisé en tant qu'élément de structure.

types de programmes possibles : Ce processus permet de créer un grand nombre d'espaces: pont, toiture, sol (dalle), mur...

constructibilité : l'alvéole a une forme géométrique (hexagonale), elle peut être assemblée à partir de différents matériaux (béton, métal, bois...).

Les alvéoles d’abeilles

Forme et processus

La construction des alvéoles par les abeilles reste l'un des grands mystères de la biologie. En effet, elles parviennent à fabriquer des cellules parfaitement régulières voire même à les réparer ou à les régulariser, si elles présentent des variations d'épaisseur. Pour réaliser cet ouvrage, les abeilles forment une chaîne cirière : les abeilles s'accrochent les unes aux autres par les pattes, pourvues de crochets. Une des ouvrières modèle la cire en boulette. Cette boulette va ensuite être passée d'abeille en abeille pour parvenir à celles chargées qui façonnent les rayons.

Pavage hexagonal

Les nids d’abeilles ou alvéoles d’abeilles sont construits en forme de prismes juxtaposés qui constituent une toile. Les abeilles utilisent ce processus pour paver l’espace afin de stocker miel, pollen et œufs. Cette structure est constituée d’hexagones réguliers servant à renforcer un élément tout en garantissant une légèreté maximale.

Les abeilles, tirent grand profit de leur faculté de construction géométrique pour ériger des alvéoles en adéquation avec leur soucis d'économie de la cire. De plus, les propriétés de la cire sont telles qu'elles participent activement à la solidité et à la cohérence de l'alvéole. De ce fait, l'association de ce matériau et d'une pareille structure apparaît comme un choix judicieux, un système remarquable.

Les constructions si particulières des abeilles fascinent par la régularité de leur édifice, leur robustesse et leur organisation intelligente.

Chez les abeilles, la cire sert a fabriquer les alvéoles : ce sont des cellules de forme hexagonale régulière (6 côtés) qui servent d’abri pour leur nourriture , le pollen, les œufs et les larves. La construction des alvéoles se déroule sur chaque face d’un rayon disposé à la verticale.

L’élaboration d’un rayon débute par le fond de la ruche puis s’étend vers le bas. Le gâteau de cire est alors constitué par des alvéoles juxtaposées, sa forme et son agencement lui donnent sa grande solidité.

Source d'inspiration

Ici la forme en nid d'abeille est utilisée dans la composition d'une roue de voiture militaire. Celle-ci permet de supprimer le pneumatique. Avec sa structure alvéolaire et sa composition en polymères, ce pneu semble avoir des caractéristiques similaires à un pneu classique mais avec la particularité d’être increvable et rigide.

Vidéo illustrant le processus de déformation d'une jante conçue à partir d'alvéoles.

L'objectif est de concevoir une série d'expérience en s'inspirant du procédé exposé ci dessous.

Le but de nos expériences est de modifier deux paramètres de l'alvéole: sa déformabilité et sa resistance.

Cette série de test nous permettra de réaliser une maquette final synthétisant l'ensemble des processus.

Processus 1

Expérience 1:

matériaux utilisés: cordes à piano

but: étudier la rigidité d'une structure en alvéole

Nous cherchons à créer une passerelle comprenant des éléments rigides, comme celui-ci.

Cette expérience nous informe sur la structure de l'alvéole en 3 dimensions. Cet exercice, nous permet d'étudier la rigidité d'un module constitué d'alvéoles.

Expérience 2:

matériaux utilisés: cordes à piano

but: assemblage d'un groupe de six alvéoles afin de tester la rigidité de la structure.

Reprise de l'expérience 1 avec 6 alvéoles. Cette structure nous permet de réfléchir à l'usage que nous pouvons en donner. Cependant les alvéoles ne sont pas triangulées, de ce fait elles ne supportent pas les forces transversales.

Expérience 3:

matériaux utilisés: cordes à piano

Nous reprenons l'expérience 2 en triangulant les alvéoles. Elles peuvent désormais soutenir des charges transversales.

Processus 2

Le processus 2 a pour but de modifier les paramètres de l'alvéole. Nous cherchons ici à rendre la structure déformable comme dans la vidéo.

Experience 1:

matériaux utilisés: clou, élastique

but: - étudier la souplesse de l'alvéole

- étudier un réseau d'alvéoles à grande échelle.

-créer une différence de niveau au sein de ce réseau.

Vue axonométrique du projet

Plan de la structure

Cette expérience nous a permis d'expérimenter l'élasticité de l'alvéole. L'agencement des différentes alvéoles a créé une surface non-planaire.
Cette expérience ne nous permet pas d'analyser la déformation de la structure de l'alvéole, nous décidons donc de reprendre ce processus avec une seule alvéole.

Expérience 2:

matériaux utilisés: mousse bleue, élastiques, cordes à piano

but: déterminer les différentes formes que peux prendre l'alvéole en se déformant.

Nous reprenons l'expérience 1, via laquelle nous appliquons une déformation maîtrisée sur une alvéole.

Alvéole sans déformation Alvéole déformée d'un côté

Alvéole déformée de trois côtés Alvéole déformée de trois côtés

Alvéole déformée de quatre côtés

Cette expérience nous a permis d'appréhender l'élasticité de l'alvéole. Bénéficiant d'une grande souplesse, celle-ci nous permettra de déformer de nombreuses façon notre structure alvéolaire. En modifiant la structure, nous avons remarqué qu'elle pouvait prendre une infinité de formes.

Experience 3:

matériaux: mousse bleue, corde à piano, élastiques

support vidéo

Création de deux structures soumise à des forces verticales.

Tout comme l'experience 2, elles nous informent sur l'élasticité et la déformabilité de l'alvéole. En effet, nous avons soumis une force transversale aux différentes structures, cette expérience nous permet de conclure sur le processus 1 car elle reprend les paramètres étudiés précédemment en plan.

Le processus 1, étudiant l'élasticité de la structure alvéolaire nous permet de réfléchir à l'usage de cette forme en architecture.

Expérience 4:
matériaux: élastiques, sections en aluminium, vis, carton
but: étudier la répartition de la déformation dans un réseau d'alvéoles.

réseau d'alvéole non déformé

réseau d'alvéole subissant une force transversale venant du bas

Cette expérience nous informe de la répartition de la déformation d'un réseau.

Nous observons ainsi que les 6 alvéoles prennent des formes différentes en fonction de l'endroit ou la force est appliquée. La structure du nid d'abeille varie donc selon l'intensité et la direction des forces qui lui sont appliquées.

A ce jour, nous avons étudié deux paramètres de l'alvéole. Ces différentes expériences nous permettent de comprendre les propriétés d'une structure en nid d'abeille. De ce fait, nous pensons reprendre les caractéristiques d'un réseau d'alvéoles en l'appliquant à une architecture.

Architecture

A la suite des expériences, nous pensons appliquer le processus du nid d'abeille à la fabrication de mobilier.

Expérience 1:

Réflexion sur les éléments structurels latéraux.

Les éléments reprennent les qualités structurelles des alvéoles rigides étudiées plus tôt.

Expérience 2:

Suite à notre premier prototype nous décidons de travailler sur une chaise "longue". Cependant les deux parties rigides ne peuvent pas être séparés.

Nous travaillons ici sur une structure perpendiculaire aux parties rigides, les alvéoles ainsi placées forment un tissu créant l'assise.

Expérience 3:

Nous décidons de modéliser différents types de chaises. A la suite de ces expériences, notre choix se tourne vers un fauteuil.

maquette d'essai d'un fauteuil:

Fabrication de la maquette finale.

Echelle 1/3

Projet final

Elaboration du fauteuil:

Il est constitué d'alvéoles solides - formant la structure (en plâtre) - et d'alvéoles souples créant l'assise ( en silicone).

Etape 1:

Création des d'alvéoles en mousse, à l'aide d'un fil chaud. Elles sont enveloppées de cellophane afin de les rendre étanches.

Etape 2 :

Création d'un moule en carton enveloppé dans du cellophane.

Etape 3 :

Disposition des alvéoles sur le socle du moule.

Etape 4 :

Coulage du plâtre dans le moule ( 75% de plâtre de synthèse, 25 % d'eau).

Etape 5 :

Après 48h de séchage, démoulage.

Etape 6 :

Dissolution des alvéoles à l'aide d'acétone.

Etape 7:

Création du deuxième moule (même principe que l'étape 1-2-3), et coulage du silicone ( Catalyseur 5%, Silicone 95 % ).

Etape 8 :

Après 12h de séchage, démoulage et dissolution des alvéoles.

Etape 9 :

Rabotage du plâtre et du silicone.

Etape 10 :

Produit final, et test de résistance du silicone.

Implantation du projet dans un site:

Nous choisissons le Palais de Tokyo, 16 ème arrondissement de Paris.

Haut lieu du skateboard, cet emplacement manque de mobilier. Nous décidons donc de fournir au site, un modèle de fauteuil intérieur/extérieur pouvant resister aux mouvements des skaters.