Fab-Cell : outil d'aide à la conception de parois non standards en bois

Fab-Cell : Aided-design tool for non-standard timber walls

• Auteur / Autrice : Oscar Gámez Bohórquez
• Direction : Jean-Claude Bignon, Gilles Duchanois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'architecture
• Date : Soutenance le 24/03/2017
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche en architecture et ingénierie (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Nadia Sallé-Hoyet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Leclercq, Gabriela Celani
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Leclercq, Gabriela Celani

Mots clés

Mots clés contrôlés

Conception assistée par ordinateur

Murs

Constructions en bois

Réalité virtuelle en architecture

Mots clés libres

Parois non-standards

Fabrication CNC

Customisation de masse

Construction bois

Outils Paramétriques d’Aide à la Conception

Motifs géométriques

Non-standard walls

CNC fabrication

Mass customization

Timber construction

Aided-Conception Parametric Tools

Geometric patterns

Résumé

L’intégration du langage informatique dans l’architecture et l’ingénierie a commencé dès les années 1960, mais a connu un réel essor dans les années 1990. Les outils de modélisation ont alors progressivement fait émerger une nouvelle architecture. Tout d’abord baptisée « architecture blob », on lui a ensuite attribué le nom de « blobisme » et ses dérivés sont aujourd’hui appelés « architecture non standard ». Au cours de la dernière décennie, certains chercheurs comme Mario Carpo ou praticiens comme Patrick Schumacher ont introduit les termes de « paramétrisme », « customisation de masse », et « architecture non standard » pour définir ces nouvelles constructions complexes. Elles ne sont pas nécessairement savantes, mais ont été conçues grâce à des outils numériques et réalisées avec des méthodes de fabrication digitales. Cette thèse prend appui sur le postulat qu’une approche non standard dans un projet est loin de se résumer à une démarche purement plastique ou fonctionnelle : elle est destinée à produire des objets constructibles. Le domaine d’étude est celui des murs et enveloppes construites en bois et plus particulièrement les parois de type cellulaire. Ce travail inclut donc un outil paramétrique d’aide à la conception (ACPT, Aided-Conception Parametric Tool) et à la fabrication qui peut accompagner les concepteurs dans l’exploration de solutions non-standards pour des problèmes architecturaux spécifiques Cet outil paramétrique et intégré s’appuie sur une modélisation géométrique et technique des parois murales et des différents dispositifs cellulaires qui les composent. L’approche paramétrique autorise le développement de nombreuses variantes morphologiques. Sa dimension intégrée permet la production et l’optimisation des données tant topologiques que constructives. La production grandeur nature d’une paroi réalisée par un robot de coupe a servi de cadre expérimental pour démontrer les potentialités de notre approche mais aussi en identifier les difficultés. Les améliorations effectuées ont conduit à produire une série de clusters (groupes de fonctions) pour Rhinoceros-Grasshopper (RGH) qui ont permis de mettre en oeuvre la première version opérationnelle de cet outil, baptisée Fab-Cell

The integration of computing language into architecture and engineering has been present since the 1960s but it only proved practical by the 1990s when modeling tools started to participate in an architectural shift that has conceptually mutated through the years. By then, the trend was called “blob architecture” and thirteen years ago, trends succeeding “blobism” were named as non-standard architecture. In the last ten years, academicians like Mario Carpo and practitioners such as Patrick Schumacher nested the terms parametricism, mass customization, and nonstandard architecture to define those complex –not necessarily complicated architectures created by using of digital tools and aided-manufacturing methods. This thesis is underpinned on the fact that using the non-standard approach in any architectural project needs more than just a plastic or functional intention but the means to translate that intention into actual buildable objects. The aims of this study are therefore oriented towards architectural elements using cellular-like patterns as morphologic resource. This work brings up an Aided-Conception Parametric Tool (ACPT) that actually helps designers to explore non-standard solutions to specific architectural problems regarding timber-built walls and envelopes. This ACPT is meant then to succeed architectural intentions in which geometric patterns –as morphologic modifiers- are used to provide walls and envelopes with a particular language (a cellular structure) that might require morphologic form searching (Carpo, 2015a) and topologic optimization by means of parametric generative modeling. The previously mentioned aims were validated by means of a full-scale prototyping exercise in which the first version of the ACPT is tested. Furthermore A series of modeling improvements regarding pattern generation, jointing calculation and fabrication simulation, helped fixing the difficulties found during the first validation stage in order to produce a set of Rhinoceros-Grasshopper (RGH) functional clusters that embody the early operational state of this ACPT called Fab-Cell