Digital Bamboo

Digital Bamboo est un pavillon sur mesure qui montre comment les matériaux naturels peuvent être utilisés en combinaison avec la fabrication numérique dans une construction future et durable. C'est un manifeste architectural au centre d'architecture de Zurich.

Situation initiale

La tâche consistait à créer un pavillon dans l'avant-cour du Centre d'architecture de Zurich (ZAZ), directement sur les rives du lac de Zurich. Celui-ci doit fournir de l'ombre, valoriser la zone d'entrée et être entièrement réversible. L'entrée du ZAZ est souvent utilisée pour des événements et des inaugurations.
Notre objectif était de combiner une technologie de pointe avec des matériaux de construction naturels non traités pour créer une structure spatiale en porte-à-faux. C'était le point de départ du projet semestriel des étudiants du MAS en architecture et fabrication numérique de l'ETH

Ébauche du projet

Digital Bamboo est une structure ultralégère d'une surface de plus de 40 mètres carrés et d'un poids total de seulement 200 kilogrammes. L'idée centrale du projet est de montrer comment la combinaison de la conception et de la fabrication numériques avec des matériaux durables peut créer une architecture filigrane et engageante qui va au-delà du vocabulaire standardisé des structures porteuses spatiales.
La structure porteuse est définie par un treillis spatial, raidi par des câbles précontraints. Les tiges de bambou sont reliées entre elles par un système d'assemblage innovant basé sur l'impression 3D. La géométrie complexe des assemblages réunit toutes les fonctions nécessaires (montage, inhomogénéités du bambou, liaisons avec les éléments d'ombrage et guidage des câbles métalliques) pour permettre un assemblage sans problème. Le système est entièrement démontable, de sorte que la structure peut être reconstruite ou recyclée.
Les éléments d'ombrage du pavillon suivent le vocabulaire de la structure porteuse. Ils ont été fabriqués à l'aide d'un nouveau procédé numérique qui consiste à imprimer en 3D une matière thermoplastique recyclable et résistante aux UV sur un textile Lycra léger.

Étude du projet

La matérialité joue un rôle central dans le projet. La décision de travailler avec du bambou est motivée par sa durabilité, sa croissance rapide et son bon rapport poids/résistance.
Nous utilisons des tiges de bambou d'un diamètre de 2 cm pour créer une structure filigrane d'une grande rigidité. Grâce à des outils d'analyse assistée par ordinateur, nous pouvons identifier les zones où une seule tige de bambou ne répond pas aux exigences statiques, de sorte qu'un faisceau de trois tiges est utilisé à la place.
De plus, des câbles en acier de Jakob Rope System ont été utilisés pour précontraindre la structure dans trois directions afin de minimiser les forces de traction dans le système porteur.
Les nœuds individuels ont été imprimés en 3D à l'aide de la nouvelle technologie MultiJet Fusion de HP. Ce procédé permet de créer des objets en nylon très résistant. Le point de jonction au centre du pavillon a été imprimé en 3D en acier inoxydable, car c'est là que tous les câbles de précontrainte se rejoignent.
Les éléments d'ombrage sont fabriqués à l'aide d'un processus que nous avons développé, appelé impression 3D complémentaire. Un tissu Lycra léger est inséré entre des couches imprimées de plastique résistant aux UV. Le plastique imprimé sert d'élément de renforcement et donne une forme au pavillon.

Réalisation

Le plus grand défi est l'utilisation de tiges de bambou de 2 cm d'épaisseur pour une structure en porte-à-faux de 5 mètres. Outre le porte-à-faux proprement dit, la structure doit également résister à la charge du vent transmise par les éléments d'ombrage.
Le bambou est un matériau qui a poussé naturellement et qui n'est pas disponible dans des tailles standardisées/industrialisées. Les tiges que nous utilisons ont une épaisseur comprise entre 1,8 et 2,2 cm, et le système d'assemblage que nous avons développé doit tenir compte de ces variations naturelles.
Un autre défi réside dans le fait qu'il n'existe pas de normes ou de comportement structurel documenté pour des tiges de bambou aussi fines. Nous avons donc effectué des tests de traction pour déterminer la résistance à la traction du bambou et des connexions imprimées en 3D.
Comme Digital Bamboo est une structure spatiale non standardisée, les tiges de bambou ont des longueurs différentes. Afin de couper les tubes le plus efficacement possible à leur longueur spécifique, nous avons construit une station de marquage robotisée. Le robot marque les tiges de bambou directement sur la base du modèle informatique, ce qui réduit considérablement le travail manuel.

Particularités

Il existe une longue tradition de constructions et d'assemblages en bambou. Cependant, les nouvelles technologies telles que la fabrication additive et la conception assistée par ordinateur permettent de nouvelles approches qui s'appuient sur l'expérience artisanale et peuvent l'élargir et l'enrichir. La complexité de l'assemblage est réduite au minimum car tous les tubes de bambou, ainsi que les nœuds, sont marqués. L'assemblage s'effectue à la manière d'un puzzle et peut être réalisé par des non-initiés après une brève formation.
Comme toutes les informations nécessaires à l'assemblage de ces structures sur mesure sont condensées dans les joints, le système de construction peut s'adapter à l'économie, à l'artisanat et aux matériaux locaux.
Cela est possible car le programme de conception assistée par ordinateur peut travailler avec différents matériaux de base ; "en un clic", le matériau de construction bambou peut être remplacé par des profilés en bois standardisés, par exemple. Le programme automatise le processus de génération des données pour les nœuds et celles-ci peuvent être envoyées sans détours aux imprimantes 3D.
En Suisse, où la construction en bois a une longue tradition, le système de construction proposé peut être intégré sans problème. Cela signifie que les matériaux et l'artisanat locaux peuvent être utilisés pour établir un modèle moderne de construction locale.
Digital Bamboo associe différentes techniques de fabrication additive et des concepts de conception assistée par ordinateur dans un pavillon cohérent. Le numérique et le naturel, le numérique et le traditionnel trouvent leur place ensemble et se fondent en un ensemble au lieu de se contredire. Les schémas de construction figés sont remis en question et de nouveaux concepts sont présentés afin de créer un pavillon ultraléger et durable.