Design génératif d'assemblages séquentiels interverrouillés

Automatic design of sequential interlocking assemblies

• Auteur / Autrice : Pierre Gilibert
• Direction : Olivier Baverel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 31/01/2023
• Etablissement(s) : Marne-la-vallée, ENPC
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Navier (Paris-Est)
• Jury : Président / Présidente : Stefana Parascho
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Baverel, Bernard Maurin, Thomas Bock, Mélina Skouras, Romain Mesnil
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bernard Maurin, Thomas Bock

Mots clés

Mots clés contrôlés

Conception et construction

Design durable

Assemblages (construction)

Mots clés libres

Conception d'assemblages

Géométrie computationnelle

Design génératif

Generative design

Computational geometry

Connection design

Résumé

Dans le contexte de la construction durable dans une économie circulaire, les bâtiments démontables en bois représentent une perspective de recherche intéressante. La question du réemploi, c'est-à-dire de la meilleure réutilisation possible des produits finis issus du démantèlement des bâtiments, nécessite que le bâtiment ne soit pas démoli, ce qui rend impossible l'utilisation de clous ou de tout autre dispositif d'assemblage du même type. D'autre part, l'élimination des assemblages métalliques modernes courants dans les structures en bois réduit considérablement l'empreinte carbone du bâtiment. En ce qui concerne leur impact environnemental, les assemblages en bois offrent de bien meilleures perspectives que leurs homologues métalliques. Cependant, peu de bâtiments modernes sont construits sans métal ; par exemple, la Fondation Louis Vuitton est extrêmement consommatrice de produits métalliques, même si elle affiche clairement l'ambition d'être réalisée en bois. Concevoir des structures et des bâtiments démontables est un problème ancien : certains chalets autrichiens ont 500 ans, et la plus vieille auberge du monde, le Nishiyama Onsen Keiunkan au Japon, a été construite en 705 ! Leur longévité est due à leur démontabilité : lorsqu'une partie de la structure vieillit et commence à montrer des signes de faiblesse, elle est partiellement démontée et remplacée par une nouvelle. Ainsi, élément après élément, ces structures ont résisté à l'épreuve du temps et sont encore fonctionnelles aujourd'hui. Quoi de plus durable qu'un bâtiment vieux de 1300 ans toujours en activité ? D'un autre côté, la question se pose également : que faire d'un bâtiment vieux de 30 ou 50 ans qui, avec l'évolution de la ville et de la société, a atteint sa date de péremption et n'est plus utilisé ? Là encore, la question du démantèlement et de la réutilisation maximale de ses éléments structurels pour de nouveaux projets (ce qui permet potentiellement de réduire fortement leur empreinte environnementale) s'inscrit dans une démarche de construction durable. Enfin, avec les progrès récents et futurs de la construction robotisée, le coût et le temps de fabrication de tels assemblages deviendront probablement de plus en plus compétitifs par rapport à leurs homologues modernes, tant en termes économiques qu'écologiques. Ce projet de thèse a pour ambition de participer à la réflexion sur les assemblages par emboîtement en explorant l'espace de faisabilité de tels assemblages et en construisant des outils génératifs pour les concevoir.

In the context of sustainable construction in a circular economy, demountable wooden buildings represent an interesting research perspective. The question of reuse, i.e. the best possible reuse of the finished products resulting from the dismantling of buildings, requires that the building not be demolished, which makes it impossible to use nails or any other assembly devices of the same type. On the other hand, the elimination of modern metal assemblies common in wooden structures greatly reduces the carbon footprint of the building. Concerning their environmental impact, wooden assemblies offer much better prospects than their metal counterparts. However, few modern buildings are built without metal; for example, the Louis Vuitton Foundation is extremely consumer of metal products even though it clearly states the ambition to make it out of wood. Designing demountable structures and buildings is an ancient problem: some Austrian chalets are 500 years old, and the oldest inn in the world, the Nishiyama Onsen Keiunkan in Japan, was built in 705! their longevity is due to their demountability: when a part of the structure ages and begins to show signs of weakness, it is partially dismantled and replaced by new ones. Thus, element after element, these structures have withstood the test of time and are still functional today. What could be more sustainable than a 1300-year-old old building still in operation? The question also arises on the other hand: what to do with a 30- or 50-year-old building which, as the city and society change, has reached its expiration date and is no longer used? Here again, the question of dismantling and reusing its structural elements as much as possible for new projects (which potentially greatly reduces their environmental footprint) is part of a sustainable construction approach. Finally, with recent and future advances in robotic construction, the cost and time of manufacturing such assemblies will likely become increasingly competitive with their modern counterparts, both in economical and ecological terms. This PhD project ambitions to participate in the reflection on interlocking assemblies by exploring the feasible space of such assemblies and building generative tools to design them.