Leur technique rend les constructions en bois plus saines sur le plan structurel et plus respectueuses de l’environnement.

Ces dernières années, les scientifiques ont créé des matériaux qui changent de forme et qui sont souvent faits de polymères qui se plient et se tordent lorsqu’ils sont exposés à un stimulus externe, comme la chaleur ou l’humidité. Aujourd’hui, des chercheurs de l’Institut de conception et de construction informatiques de l’Université de Stuttgart ont trouvé le moyen d’apporter des propriétés similaires à l’un des matériaux de construction les plus anciens de l’humanité : le bois.

Après trois ans de recherche en collaboration avec les Laboratoires fédéraux de science des matériaux et de technologie et l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich, les concepteurs ont créé une tour en bois torsadée de 14 mètres de haut, qui constitue un prototype architectural de ce que leur nouvelle technique peut accomplir. Chacune des 12 composantes en bois de la tour a été fabriquée en laminant deux morceaux de bois avec différents niveaux d’humidité. Puis, lorsque les pièces de bois lamellées ont séché, la pièce de bois s’est courbée naturellement – pas besoin de moules ou d’appareils orthopédiques.

Alors que le coût environnemental de la construction en verre et en acier devient de plus en plus évident (le maire de New York, Bill DiBlasio, a récemment dénoncé les émissions de carbone des gratte-ciel en verre traditionnels), certains architectes, designers et scientifiques voient dans le bois le matériau de construction du futur. Ceci est dû en partie à l’essor du bois lamellé-collé, un matériau de construction qui renforce les faiblesses des pièces de bois individuelles en le lamellé-collé avec d’autres bois. Les recherches de l’Institute for Computational Design and Construction s’inscrivent dans cette tendance à la hausse, d’autant plus que les gratte-ciel en bois commencent à faire leur apparition partout dans le monde.

Mais si le bois est un excellent matériau de construction, il y a des obstacles à son utilisation créative. Par le passé, les architectes devaient appliquer de l’humidité sur le matériau pour faire courber le bois, puis utiliser des moules et des dispositifs souvent coûteux et chronophages pour maintenir le bois en place par la force jusqu’à ce qu’il s’assèche. La nouvelle technique de l’institut sera beaucoup moins coûteuse et permettra de varier davantage les types de courbes produites, car aucune force extérieure n’est requise : il suffit d’aligner intelligemment le bois dans différentes directions de grain et avec différents niveaux d’humidité. De là, le bois sèche et prend une nouvelle forme courbée.


Le gauchissement du bois par l’humidité n’est pas une idée nouvelle, mais savoir exactement à quoi ressemblerait la courbure de l’autre côté l’est. À l’aide de simulations informatiques, les chercheurs ont été en mesure de calculer la quantité exacte d’humidité que chaque pièce devait avoir, ainsi que la direction dans laquelle le grain de chaque pièce de bois devait aller, afin de prédire exactement comment chaque longueur de bois devait se courber. Si le différentiel d’humidité entre les deux pièces stratifiées est important, le bois se courbe davantage, alors que si le différentiel d’humidité est plus faible, le bois se courbe moins. Dans certaines expériences, les chercheurs ont conçu le bois pour qu’il se plie tellement qu’il avait un rayon de 1 m.
Presque aussi important que la direction du grain était la réalisation, après de nombreuses expériences, que si les grains des deux pièces sont perpendiculaires l’un à l’autre, alors la dernière pièce de bois courbée commencera à se tourner.

La technique est basée sur la façon dont le bois retient l’humidité : C’est pourquoi les tiroirs des commodes en bois ne s’adaptent pas toujours parfaitement aux différentes saisons, car le bois absorbera toute l’eau qui se trouve dans l’air. « Habituellement, dans la fabrication ou l’ingénierie du bois, cela est considéré comme un problème « , explique Achim Menges, directeur de l’Institute for Computational Design and Construction de l’Université de Stuttgart, qui a dirigé le projet de recherche. « Ce que nous avons fait, c’est d’utiliser ce défaut présumé comme un avantage pour façonner le matériau. »

Depuis des décennies, les fabricants de meubles et les architectes utilisent des formes courbes en bois dans leurs créations. La création des formes en bois a toujours nécessité l’utilisation de l’humidité, ainsi que d’une sorte de moule ou d’entretoise, pour créer l’effet désiré. Mais comme cette nouvelle technique ne nécessite l’utilisation d’aucun type de moule, il est beaucoup moins coûteux de créer différentes formes courbes avec du bois. « Nous n’avons plus besoin d’avoir toujours la même courbure parce que nous devons utiliser le même moule « , dit M. Menges. « En jouant avec la direction du grain et la teneur en humidité, on peut programmer le matériau pour qu’il prenne une forme particulière. »
De plus, cette technique ne nécessite pas plus de deux outils qui font déjà partie des installations de fabrication standard : les lecteurs d’humidité et les fours industriels (les usines de bois disposent déjà de ces machines, puisque tout le bois frais doit être séché avant de pouvoir être utilisé comme matériau de construction).

Par conséquent, Menges prévoit un large éventail d’applications, principalement pour l’ajout d’éléments architecturaux courbes aux bâtiments – un détail qui est beau, mais qui rend aussi les bâtiments plus sains sur le plan structurel et plus écologiques, en plus. « Un élément courbé permet de construire avec moins de matériau « , dit M. Menges. « Si c’était un cube ou une boîte, ça consommerait beaucoup plus de matériel. » Selon lui, cette technique ajoute « un procédé de formage vraiment durable à un matériau de construction déjà vraiment durable ».

Il y a des défis à relever : Selon M. Menges, bien que le processus de courbage ne nécessite pas d’outils autres que ceux déjà disponibles dans les usines de transformation du bois, l’industrie est toujours conçue pour les pièces de bois plates, ce qui rend la logistique plus difficile (on ne peut pas installer autant de pièces de bois courbes sur un camion que de pièces plates). Mais il ne pense pas que ce sera trop difficile à surmonter. Après tout, la tour de 14 mètres de haut a été préfabriquée en 5 jours et son assemblage n’a pris que 5 heures. La tour est actuellement exposée au Remstal Garden Show en Allemagne, qui se déroule jusqu’au 20 octobre.

Fastcompany

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