Vers l’âge des structures tendues Das Zeitalter der freitragenden Strukturen Towards the age of structures in tension
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L'historique récent des systèmes de structure en tension nous apprend que, faisant suite à l’emploi de chaînes, la technique des câbles filés a ouvert un champ considérable aux ingénieurs et a permis des réalisations aussi grandioses que celle du pont de Brooklyn par John Roebling en 1869-1883.
Aujourd’hui encore, l'Amérique détient, et de loin, le record des portées avec le pont de Golden Gate à San Francisco.
Dans le domaine plus restreint des voûtes tendues, il est bon de rappeler le beau projet établi par les architectes Beaudoin et Lods et l'ingénieur Bodiansky, ceci en 1935, pour couvrir un espace sans supports intérieurs d'une superficie de 10 hectares.
En 1953-1954, fut construit le Pavillon de Foire de Raleigh, en Caroline du Nord, conçu par le très regretté architecte Matthew Novicki. Pour la première fois, des systèmes tendus étaient utilisés pour couvrir de vastes espaces.
En première analyse, nous pensons justifié d’exclure de notre exposé les systèmes à
«Oui as-tu véritablement aimé jusqu'à présent?
Qu'est-ce qui t'a attiré et, tout à la fois, dominé et rendu heureux? Fais défiler devant tes yeux la série des objets que tu as vénérés. Peut-être, leur essence et leur succession te révélerontelles une loi, la loi fondamentale, de ton être véritable. Compare ces objets, rends-toi compte qu'ils se complètent, s'élargissent, se surpassent et se transfigurent les uns les autres, qu'ils forment une échelle dont tu t'es servi jusqu'à présent Nietzsche pour grimper jusqu'à toi.
pression interne formant un groupe séparé.
Il convient de signaler quelques suggestions intéressantes comme celles faites par l'ingénieur Chelazzi avec son système « Suspen-Arch », également les élégantes solutions imposées par Otto Frei en Allemagne.
Au cours de l'Exposition internationale de Bruxelles en 1958, des contributions importantes furent faites, tant par l'architecte Gillet, et R. Sarger, ingénieur pour le Pavillon de la France. Le Pavillon Américain, dû à l'architecte E. Stone fut une réussite certaine, et, ainsi qu’a pu justement le remarquer Françoise Choay, cette exposition fut réellement un manifeste pour les structures tendues.
Vers l'année 1956, nous commençâmes à porter un grand intérêt sur ce que nous avons appelé les doubles réseaux, à courbure opposée (D.C.N.), autrement dit une double membrane formée de réseaux de câbles tri-axiaux tendus sur un cadre rigide avec des poinçons comprimés à chaque intersection du réseau. Les avantages de
1, 2, 3, 4 * Etude de membranes minces (Films de savon), éclairage en réseau. Les largeurs du
trait, en raison du temps de pose, montrent les régions soumises à des vibrations, la largeur du trait étant liée à la grandeur des tensions. Les espacements entre les courbes dépendent de la répartition des efforts sur la périphérie. Pour le Lemniscatoïde (4), noter dans la membrane centrale la distribution sensiblement uniforme des efforts.
• Studium der schmalen Membrane (Seifenfilm), Lichtleitungsnetz. Die Breite der
Strahlen zeigen mit Rücksicht auf die Zeit der Stellung die von den Schwingungen abhängigen Gebiete. Die Breite der Strahlen ist an die Grösse der Spannung gebunden. Die Räume zwischen den Kurven hängen von der Verteilung der Kräfte auf der Peripherie ab. Für die Lemniskatoide (4) wird in der Zentralmembrane die genaue einheitliche Kräfteeinteilung gezeigt.
• Study of thin membranes (soap films), grid lighting. The line widths, in proportion to the
exposure times show the areas which are submitted to vibration, the width of the line being related to the degree of tension. The distance between the curves is dictated by the distribution of forces at the perimeter. In the case of the Leminiscatoide (4) note the uniform distribution of forces in the central membrane.
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ce système sur ceux du type « Roue de bicyclette » sont passablement évidents, consistant principalement en la suppression des deux anneaux tendus au centre et aussi d'une meilleure distribution des efforts dans le cas de charges uniformément réparties.
Une prospective intéressante est celle de l’application de ces systèmes à des réflecteurs de radar de grande dimension. Dans ce cas, au lieu d'une courbure convexe, il est fait appel à des surfaces concaves, les poinçons étant alors remplacés par des fils tendus, de manière à ce que la surface réfléchissante soit la plus légère possible.
Ainsi que nous avons pu le signaler dans diverses revues (« L'Architecture d'Aujourd'hui », « Progressive Architecture », et «Architectural Design»), au cours de l'année 57, l'étude des Films de savon nous a conduit avec la coopération d'étudiants gradués à procéder à des essais statiques sur l'hyperboloïde à trois pointes ou « Monkey Saddle ». Cette surface à minima donne un intéressant exemple d'une toile d'araignée prétendue dans trois directions. Le comportement élastique de cette surface nous a permis de réaliser et de nous rendre compte des forces importantes accumulées par la prétension des réseaux, principe qu’il nous fut donné d’étendre à des formes structurales variées sous la dénomination de systèmes appelés: Funiculaires de Révolution (F.P.R.).
D'une manière simplifiée, on peut dire qu'il s'agit par là de réseaux tendus en câbles d’acier à haute résistance autour d'un noyau central comprimé, des cercles ou des diaphragmes maintenant la courbure méridienne des réseaux.
Pour simples qu'apparaissent ces systèmes, il n'en demeure pas moins qu'ils apportent un trait d’union entre deux classes de structures distinctes: d’une part les systèmes dits à revêtements travaillants ou peaux tendues, et d'autre part les systèmes dits triangulés ou réticulaires.
Par un curieux retour des choses, ces systèmes F.P.R. semblent faire retour à une phase anthropomorphique après avoir passé par une phase exomorphique comme celle des coques ou membranes rigides bien connues dans la technique actuelle des bétons. Peut-être convient-il de dire deux mots à ce sujet, et de rappeler le côté purement épisodique de cet anthropomorphisme, qu'il n’y a aucune raison valable de renier mais qu'il importe de situer sur le plan général d'évolution de toute structuration moléculaire, partant d’un noyau radiant, sur lequel, en deuxième phase, viennent s’insérer des liaisons périphériques arborescentes. Une maquette quelconque de F. P. R. illustre assez bien
cette structuration : les arborescences étant figurées par les divers croisements des fils tendus extérieurs, et le vecteur Force initiale de cristallisation étant représenté par le noyau comprimé. Pour schématique et symbolique qu'elle apparaisse dans cette interprétation, on voit déjà poindre dans celle-ci la place fondamentale donnée à la notion « d'automorphisme » ou réitération de deux motifs se faisant équilibre, le motif Force devenant l'image inversive au sens topologique, du motif structure.
Le croisement fertilisateur de diverses disciplines pourrait à ce sujet devenir assez passionnant: l’observation in vitro de certaines enzymes à l'échelle moléculaire et à une macro-échelle, le développement de croissance de certaines espèces de radiolaires. Nos structurations empreintes de notion d'équilibres statiques soupçonnent à peine les ressources infinies de la topologie combinatoire.
Abandonnant ces sujets d'actualité pour des propos beaucoup plusterreàterre, nous nous bornerons ici à signaler l'importance que nous attachons au problème de modèles; ce sont des travaux de ce genre qui constituent la base de notre enseignement.
Il est intéressant croyons-nous, de signaler que l’emploi d’acier sous forme de fils permet d'obtenir même pour des maquettes de petites dimensions des forces relativement considérables de l'ordre de plusieurs tonnes. Cette situation, on s’en rend compte, n’est pas sans poser certains problèmes pratiques assez délicats, généralement résolus par l’introduction de forces de frottement ou d’adhérence, comme cela nous a été enseigné dans ia technologie du béton précontraint.
Parmi les avantages de ces conceptions structurales, il convient de remarquer la clarté de son expression architecturale, au lieu des systèmes de poutres conventionnels, dont certains membres sont alternativement tendus ou comprimés, chaque membre est spécifiquement ou tendu ou comprimé, d'où plus grande homogénéité.
Toutefois, pour tenir compte des allongements inévitables avec de fortes contraintes, un organe intermédiaire, sorte de vérin à pression de fluide, est parfois intercalé entre le noyau comprimé et les réseaux tendus. En général, cette pressurisation de contrôle n'existe que pour des systèmes assez sophistiqués pour lesquels l'introduction de pressions internes joue organiquement comme dispositif d’antiflambage.
On conçoit facilement que cette nouvelle technique laisse entrevoir non seulement une importante économie de poids, mais aussi de main-d'œuvre du fait que la précision des joints, capitale pour des systèmes comprimés, n'est pas requise dans des
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systèmes tendus pourvus de continuité.
Il n'est pas non plus inutile de rappeler que l'exclusion du flambage ramène l'expresion du poids à une fonction linéaire au lieu d’une expression du deuxième degré.
Tout en admettant l'importance de ces considérations, elles nous apparaissent cependant secondaires. Beaucoup plus important que des critères purement économiques est le fait que ces systèmes semblent devoir résoudre des projets considérés en raison de leurs échelles, comme irréalisables ou chimériques. Aussi bien dans les conjonctures actuelles, notre époque est sollicitée par des problèmes fantastiques, et la présence humaine est requise en tous les points de la planète et même en dehors. C’est pourquoi, même s'il nous arrivait de nous méprendre sur l'issue pratique de ces recherches, il est infiniment probable que, si celles-ci sont consistantes et nouvelles, elles doivent conduire tôt ou tard, à des applications pratiques appropriées.
Il n'est peut-être pas inutile de signaler
5 * Modèles coulés en plâtre de membranes soumises à une pression interne hydrostatique.
Les tensions de la membrane sont liées aux rayons de courbure.
• Gipsmodelle der Membranen, die einem inneren hydrostatischen Druck unterliegen. Die Spannung der Membrane ist an die Krümmung der Strahlen gebunden.
■ Plaster models of models submitted to an internal hydrostatic pressure. The tensions in the membrane are related to the radius of curvature.
Photos Georges Pohl
que la mise en œuvre de matériaux de haute qualité n’est compatible qu'avec une économie évoluée, et l'économie en soi est le résultat de l'utilisation de tels produits, le cycle se ferme ainsi inexorablement, et seules les sociétés bien organisées au point de vue de la recherche seront les premières à y trouver un bénéfice. Il se trouve malheureusement que notre système économique, basé sur le principe de compétition ne favorise pas l'efficacité de ces recherches; il n’est à ce sujet que de voir les insuffisances du régime de protection industrielle et le temps perdu dans les analyses juridiques formant la base des brevets.
Une refonte de ces droit sparalysants de propriété devrait faire l'objet d'études par des spécialistes afin d'échapper à des individualismes périmés ou à la rapacité des trusts. Une participation et une coopération ouverte devrait être la règle de communautés scientifiques bien organisées.
En revenant à des considérations d’un caractère plus précis, nous croyons que l’évolution architecturale ne pourra se faire
qu'en se libérant de considérations esthétiques révolues, en retrouvant avec humilité le respect des lois de la raison. Au lieu d'une attitude purement analytique une vision synthétique des structures est la prochaine étape à franchir, et il est hors de doute que l'étude des formes naturelles gouvernées aussi par le Nombre nous aidera à franchir un grand pas. Depuis la toile d’araignée jusqu'aux structures mystérieuses des Radiolaires, nous sommes confrontés avec le problème de la Forme, notion difficile et abstraite, car la forme est souvent confondue avec l'aspect visuel d'objets statiques. Pour arriver à une conception authentique de la forme, qu'il me soit permis de suggérer quelques expériences simples avec des films de savon. De telles expériences ont le mérite de faire entrevoir certains miracles de la nature, infiniment plus riches et plus complexes que ceux du cerveau humain. Sans passer par de telles études, les structures ne sont que purs accidents à peine dignes du nom de créations.
R. Le Ricolais
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