Le secteur du bâtiment est actuellement face à un défi de taille : réduire la consommation de ressources face à l’accroissement démographique tout en se tournant vers des matériaux durables. Face à cette problématique, les chercheurs des Universités de Stuttgart et de Freiburg collaborent dans une approche multidisciplinaire pour développer des solutions pour la construction du futur.
Les chercheurs ont construit un pavillon expérimental en bois à l’Université technique de Freiburg. Ce pavillon, nommé « livMatS Biomimetic Shell @ FIT », met en œuvre de nouvelles techniques de conception basées sur l’informatique, des procédés de fabrication et de construction robotisés, ainsi que de nouvelles formes d’interaction homme-machine. Ces approches novatrices permettent une économie significative de ressources par rapport à la construction traditionnelle en bois.
Le pavillon est conçu selon des principes bioniques et est le fruit d’une collaboration entre le cluster d’excellence IntCDC de l’Université de Stuttgart et le cluster livMatS de l’Université de Freiburg.
Matériaux durables et fabrication optimisée
La construction en bois a pris une importance croissante au cours des dix dernières années comme alternative aux matériaux de construction intensifs en CO2 que sont l’acier et le béton. La « livMatS Biomimetic Shell @ FIT » est constituée de caissons creux en bois, ce qui permet de réduire au maximum la consommation de matériaux pour l’enveloppe du bâtiment et son poids.
Une analyse détaillée du cycle de vie démontre que l’utilisation de matériaux a été réduite de plus de 50% et le potentiel de réchauffement global de près de 63% par rapport à une construction traditionnelle en bois.
Inspiration biomimétique : le squelette modulaire de l’oursin
La conception modulaire et la forme du pavillon sont inspirées par les principes de construction du squelette des oursins. Ce squelette, composé de plaques individuellement disposées, est à la fois extrêmement léger et solide.
Dans les constructions naturelles, l’utilisation prudente de ressources limitées constitue un avantage déterminant dans l’évolution.
Fabrication et montage robotisés
Les éléments du pavillon ont été fabriqués par une nouvelle plateforme robotique portable, développée par l’entreprise de construction en bois müllerblaustein HolzBauWerke GmbH.
Des étapes partielles d’assemblage manuel ont été intégrées grâce à la réalité augmentée, permettant une production efficace et précise d’éléments de construction complexes.
Un système d’ombrage réagissant à la température et à l’humidité
Le pavillon est équipé d’un système d’ombrage réagissant aux conditions météorologiques, fabriqué à partir de matériaux biosourcés et imprimés en 4D.
Ce système régule le climat du bâtiment en protégeant l’intérieur des charges de chaleur élevées en été, et en permettant l’entrée du soleil en hiver.
En synthèse
Le projet « livMatS Biomimetic Shell @ FIT » représente une contribution significative à l’élaboration de nouvelles approches pour une construction durable et respectueuse de l’environnement. En tirant parti de l’inspiration biomimétique, des technologies numériques avancées et des matériaux écologiques, cette initiative marque une étape importante vers l’avenir de la construction.
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Pour une meilleure compréhension
1. Qu’est-ce que le pavillon « livMatS Biomimetic Shell @ FIT » ?
Le pavillon « livMatS Biomimetic Shell @ FIT » est un projet réalisé par les universités de Stuttgart et Freiburg pour explorer et tester de nouvelles approches en matière de construction. Ce pavillon a été construit selon des principes biomimétiques et utilise des méthodes de planification basées sur l’informatique, des processus de fabrication et de construction robotiques, et des formes innovantes d’interaction homme-machine.
2. Quelle est la particularité du bois utilisé dans la construction de ce pavillon ?
Ce pavillon est construit à partir de cassettes creuses en bois, ce qui a permis de minimiser l’utilisation de matériaux et le poids de l’enveloppe du bâtiment. L’analyse du cycle de vie du bâtiment a montré que l’utilisation des matériaux a été réduite de plus de 50% et le potentiel de réchauffement climatique a été réduit de près de 63% par rapport à une construction traditionnelle en bois.
3. En quoi consiste le principe de construction biomimétique utilisé pour ce pavillon ?
La conception modulaire et la forme du pavillon sont basées sur les principes de construction du squelette des oursins, qui se compose de plaques disposées individuellement, ce qui le rend particulièrement léger et stable. De même, le pavillon a été conçu pour être facilement démontable, réutilisable et ses composants séparables par type de matériaux.
4. Comment a été réalisée la fabrication et l’assemblage du pavillon ?
Les éléments du pavillon ont été fabriqués par une plateforme robotique portable développée par le partenaire de coopération müllerblaustein HolzBauWerke GmbH. De plus, des grues-robots ont été utilisées pour la première fois dans une situation de chantier réel. Ces grues sont équipées de préhenseurs à vide qui saisissent les éléments, les placent automatiquement à la position d’installation appropriée et les maintiennent en place jusqu’à ce qu’elles soient vissées par une autre grue.
5. Comment le pavillon « livMatS Biomimetic Shell @ FIT » contribue-t-il à la neutralité énergétique ?
Le pavillon est équipé d’un système de protection contre le soleil qui réagit à la température et à l’humidité, et d’une plaque de sol thermiquement activée faite de béton recyclé qui chauffe et refroidit le bâtiment sur la base de sources géothermiques. Le système de protection contre le soleil, appelé « Solar Gate », s’adapte passivement aux conditions solaires, en s’inspirant des cônes de pin qui s’ouvrent et se ferment en fonction de l’humidité.
Le cluster d’excellence « Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems » (livMatS) de l’Université de Fribourg développe des systèmes de matériaux semblables à la vie, inspirés de la nature. Ces systèmes s’adapteront de manière autonome aux conditions environnementales, tireront de l’énergie propre de leur environnement et seront insensibles aux dommages ou les compenseront de manière autonome.
L’objectif du cluster d’excellence « Integrative Computational Design and Construction for Architecture » (IntCDC) est d’exploiter tout le potentiel des technologies numériques pour repenser la planification et la construction. Grâce à une approche intégrative, informatisée et interdisciplinaire, il s’agit de poser les bases méthodologiques d’une modernisation globale et d’une pérennisation de la création dans le domaine de la construction.
Jürgen Rühe est professeur de chimie et de physique des interfaces à l’université de Fribourg depuis 1999. Il est directeur exécutif de l’Institut fribourgeois des matériaux interactifs et des technologies bio-inspirées et membre de l’équipe de porte-parole du cluster d’excellence livMatS de l’Université de Fribourg.
Thomas Speck est professeur de botanique depuis 2001 : Morphologie fonctionnelle et bionique et directeur du Jardin botanique de l’Université de Fribourg. Il est membre de l’équipe de porte-parole du cluster d’excellence livMatS de l’université de Fribourg.
Achim Menges est professeur à l’université de Stuttgart depuis 2008. Il dirige l’Institut de conception et de construction assistées par ordinateur et est porte-parole du cluster d’excellence IntCDC de l’université de Stuttgart.
Jan Knippers dirige depuis 2000 l’Institut für Tragkonstruktionen und konstruktives Entwerfen (ITKE) à l’université de Stuttgart. Il est porte-parole adjoint du cluster d’excellence IntCDC de l’université. Stuttgart.
