Contact : Cyril Douthe
Olivier Baverel, Jean-François Caron, Cyril Douthe, Arthur Lebée, Romain Mesnil, Robin Oval, Michael Peigney
L’équipe MSA joue de ses connaissances sur les matériaux et les structures à différentes échelles pour proposer une approche originale de l’innovation structurelle pour minimiser l’impact environnemental : des méta-matériaux à la « blob architecture ».
Elle s’appuie pour cela sur:
- des calculs numériques de pointe (problèmes fortement non-linéaire, contact, plasticité, grands déplacements, explosion),
- les deux cellules robotiques lourdes de la plateforme Build’in du Co-Innovation Lab (impression béton et usinage collaboratif),
- des modèles mécaniques de comportement complexe (alliage à mémoire de forme, matériaux stratifiés, rhéologie des bétons…),
- des partenariats académiques nationaux ou internationaux,
- des partenariats industriels multiples de la start-up aux majors du BTP.
Une plateforme web (www.thinkshell.fr) promeut cette vision intégrée de la recherche, de l’enseignement et de la fabrication, des premières esquisses à la construction de bâtiments à l’échelle réelle, des tests de matériaux/assemblages au développement d’outils numériques originaux.
Géométrie constructive
Conception et fabrication assistées par ordinateur ont ouvert vers une architecture nouvelle, mise en lumière par quelques projets phares comme la fondation Louis Vuitton à Paris. Si cette architecture est possible, elle n’est pas sans poser d’importantes difficultés techniques que l’on peut résumer dans le fait qu’un bâtiment est nécessairement un assemblage de pièces dont la taille est petite mais pas négligeable devant celle de l’ensemble. Ce paradigme est typique des problèmes de géométrie différentielle discrète en dimension finie qui connaissent un essor significatif depuis le tournant du millénaire. La recherche de régularité pour la fabrication est ainsi intimement liée à la recherche de régularité des courbures ou des proportions dans les maillages, à la recherche d’un ensemble de propriétés locales qu’il faut ensuite intégrer à partir de conditions aux limites spécifiques. A cela s’ajoute qu’une structure de bâtiment a un usage et que, en général, celui-ci comporte des exigences de performances mécaniques. Il est, par conséquent, nécessaire de comprendre comment ces structures se déforment au sens de la théorie des surfaces mais aussi au sens de celle de l’élasticité. De cette compréhension profonde des formes, de leurs transformations et de leur comportement, il faut enfin faire émerger des méthodes pratiques pour la conception des structures ainsi que des systèmes constructifs adéquats.
Les recherches sur la géométrie constructive empruntent donc à une multitude de domaines : de la théorie des systèmes intégrables à la recherche opérationnelle, en passant par l’infographie et une grande variété de techniques constructives. Le laboratoire Navier s’est construit une expertise unique avec un rôle intégrateur au confluent des différentes disciplines. Cette expertise passe par des partenariats nombreux avec des laboratoires de mathématiques (LAMA pour la géométrie, CERMICS pour la recherche opérationnelle et INRIA pour la simulation) et d’architecture (GSA de ENSAPM et plus récemment UKyoto). Elle est reconnue localement par l’animation scientifique d’un des cinq axes structurants du labex MMCD (Géométrie pour les structures et les micro-structures) et internationalement avec notamment l’organisation de la conférence Advances in Architectural Geometry 2020/21 [1] ainsi que le pilotage du groupe de travail « Architectural Geometry » de l’International Association for Shells and Spatial Structures (IASS).
Construire le courbe 2019
Construire le courbe 2019.
Héméra avec Arcora et son système breveté d’actionneur avec alliage à mémoire de forme.
Héméra avec Arcora et son système breveté d’actionneur avec alliage à mémoire de forme.
Références
Topology Finding of Patterns for Structural Design. Robin Oval, Université Paris-Est, 2019. tel-02917467
Morphogenesis of curved structural envelopes under fabrication constraints. Xavier Tellier, Université Paris-Est, 2020.
Construire avec les surfaces développables : Géométrie et mécanique du rapiéçage courbe. Nicolas Leduc, École des Ponts ParisTech, 2023.
Scaffold-free 3D Printing of Earthen Shells. Mahan Motamedi, Université Paris-Est, 2023.
Structures gonflables
Les questions abordées sont tout autant morphologiques que technologiques (génération de géométries simples basse pression pour bâtiments à partir de surfaces analytiques, systèmes d’activation basse pression pour structures précontraintes ultra-légères, structures double peau moyenne pression pour coffrage béton, micro-structuration robotisée du patronage pour piloter forme et raideur, etc.).
Assemblages (non-séquentiels)
L’essentiel des travaux se concentre sur les assemblages non-séquentiels, un type d’assemblage ouvrant de nouvelles morphologies et possibilités lorsque combiné avec le potentiel de l’assemblage robotisé [Gilibert 2022]. Des travaux sur assemblages traditionnels mettent également à profit les connaissances en géométrie et Analyse de Cycle de Vie (ACV) pour proposer des stratégies innovantes de structures à faible impact environnemental.
Références
Exploration structurelle et environnementale des ouvrages en bois de grande portée. Koliann Mam, École des Ponts ParisTech, 2021.
Automatic design of sequential interlocking assemblies. Pierre Gilibert, École des Ponts ParisTech, 2023.
Une contribution à la transversalité des procédures de conception, de fabrication et de construction : morphologie et combinatoire des assemblages non séquentiels. Tristan Gobin, Université Paris-Est, 2023.