Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles

Le rapport entre Matières et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles

Massimo Corradi Université de Gênes

dédié à Giorgio Pigafetta

Le rapport entre matière et structures reprend un rapport existant à un plus haut niveau entre l’architecture et la mécanique, dans le sens plus général que l’on peut attribuer à ce dernier terme, à savoir entre l’art et la science de la construction.

Catedral Metropolitana Nossa Senhora Aparecida à Brasilia (1958-70), Oscar Niemeyer (1907 – 2012).

Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles Massimo Corradi

dichotomie entre art et science entre sentiment et raison

« L’habitude de considérer principalement les mathématiques de problèmes statiques, l’impersonnalité rigide des formules par lesquelles la science de la construction donne l’illusion d’être en mesure de classer le comportement des structures statiques résistant, la nécessité de préparer rapidement de nombreux jeunes dans la pratique et la rythme effréné des activités de construction (...) ont toujours aidé à enlever entre leur technique et de l’art, éléments de base indivisibles de chaque œuvre d’architecture », [Pier Luigi Nervi, 1945].

2003 : Curved Bridge, Chris Burden (1946 - ).


la science des constructions synthèse entre résistance des matériaux, mécanique des solides et des structures

ou

l’art des structures

1955 : Palais de l’Assemblée (Chandigarh, India), Le Corbusier (1887 – 1965), Iannis Xenakis (1922 - 2001).


Index des thèmes traités. 1  Petit abrégé historique sur l’évolution du génie des structures et de la science

de la construction avant le XXe siècle. 2  La conception structurale et les “nouveaux matériaux”. 3  Scienza o arte del costruire? [Nervi, 1945]. 4  Le béton armé: les ponts de Robert Maillart, les surfaces courbes à trois

dimensions et leur caractérisation structurale. 5  L’acier: les structures textiles et les systèmes en treillis (systèmes réticulés) à

trois dimensions. 6  Les matériaux composites: les membranes prétendues. 7  Conclusions.


1. Petit abrégé historique sur l’évolution du génie des structures et de la science de la construction avant le XXe siècle

1.1 La “révolution industrielle”

science des ingénieurs vs. science de la construction


nouveaux «acteurs» occupent la scène dans la science de la construction la tension et la déformation

1743 : machines ’divulsoria’. Giovanni Poleni (1683 - 1761) l’a utilisé pour

déterminer la résistance à la traction des barres de fer qui étaient à être utilisé sur le dôme de Saint Peter.

1660 : Appareil expérimental utilisé par Robert Hooke (1635 – 1703) qui décrit la loi d’élasticité.


l’usage de «nouveaux» matériaux: la fonte et le fer, puis l’acier et le béton armé,

on assistera à une «libération» de la variable formelle

1900 : Paris, Exposition Universelle, la porte monumentale (René Binet, 1866 – 1911).


Les grandes étapes de l’architecture métallique et du génie civil jusqu’à ce que le premier du XXe siècle, par exemple, peuvent être résumées comme suit : •  1779 : pont de Coalbrookdale, c’est le premier grand pont métallique jamais construit. Project

par omas Farnolls Pritchard (1723 – 1777) et Abraham Darby III (1750 – 1791) •  1801 : pont des Arts par Louis-Alexandre de Cessart (1719 – 1816) et Jacques Vincent de Lacroix

Dillon (1760 – 1807) •  1811 : coupole de la Halle au blé (Bourse de commerce de Paris) de François-Joseph Bélanger

(1745 – 1818) •  1847 : usine de James Bogardus (1800 – 1874) à New York •  1847 : Galerie Royales Saint Hubert a Bruxelles par Jean-Pierre Cluysenaar (1811 – 1880) •  1850 : Bibliothèque Sainte-Geneviève de Henri Labrouste (1801 – 1875) •  1851 : Crystal Palace à Londres de Joseph Paxton (1803 – 1865) •  1852 : Grand Halles à Paris par Victor Baltard (1805 – 1874) •  1889 : Galerie des machines à Paris de Victor Contamin (1840 – 1895) •  1889 : Tour Eiffel, par Gustave Eiffel (1832 – 1923) •  1871 : moulin de l’usine Meunier à Noisiel de Jules Saulnier (1817 – 1881) •  1885 : Home Insurance Building à Chicago par William Le Baron Jenney (1832 - 1907) •  1887 : le pont Paderno sur la rivière Adda par Jules Röthlisberger (1851 – 1911)


L’architecture et les ingénieurs.

1775-79: pont sur la Severn à Ironbridge près de Coalbrookdale (Abraham Darby III, 1750 - 1791). Un emploi insolite de la fonte: les nervures principales (au nombre de cinq, d’environ 30,5 mètres de longueur) furent fondues et

moulées en une seule pièce sur du sable, puis transportées par voie $uviale sur le site où le pont devait être construit, et posées, unies au sommet sans clous ni boulons.


« Proved to be a catalyst for the growth of Sunderland »

1796: pont sur la Wear entre Sunderland et Monkwearmouth (parrainé par Rowland Burdon, c. 1757 – 1838; omas Paine, 1737 - 1809).

La fonte est traitée de la même façon que la pierre. Structure à six arches placées côte à côte, chacune constituée de 125 panneaux creux en fonte reliés entre eux par des tiges en fer forgé (72 mètres d’ouverture).


L’architecture de l’ingénierie. L’architecture devient art expérimental et à la frontière.

1801: McConnell & Kennedy Mills, établissement de sept étages à Manchester, projet de Matthew Boulton (1728 – 1809) et James Watt (1736 – 1819).

L’entreprise Boulton & Watt a été fondée par Matthew Boulton et James Watt en 1755 pour construite des moteurs dans leur usine de Soho à Smethwick près de Birmingham en Angleterre.


La trilogie acier-verre-béton détrôna la pierre, la brique et le bois dans la nouvelle architecture et les expositions universelles jouèrent un grand rôle dans l’expérimentation et la diffusion de l’architecture métallique. Une révolution technique que permet à Henri Labrouste (1801 – 1875) la construction de la haute et légère couverture de la Bibliothèque Sainte-Geneviève (1842-50).

1842-50 : Bibliothèque Sainte-Geneviève, la salle de lecture.


«Du fer, du fer, rien que du fer !» Baron Haussmann (Georges Eugène Haussmann, 1809 - 1891)

1854-74 : Halles centrales, gravure de E. Bourdelin représentant les anciennes Halles centrales à Paris, Victor Baltard (1805 – 1874) et Félix Callet (1791 - 1854).


1801-1804: pont des Arts à Paris, Louis-Alexandre de Cessart (1719 - 1806) et Jacques Vincent de Lacroix Dillon (1760 - 1807). La charpenterie en bois «à la Delorme» est reprise et appliquée à la fonte. Le pont actuel a été reconstruit entre 1981 et 1984 «à

l’identique» selon les plans de Louis Arretche (1905 – 1991), qui a diminué le nombre des arches (sept au lieu de neuf ), ce qui permet leur alignement sur celles du pont Neuf, tout en reprenant l’aspect de l’ancienne passerelle.

« Ce point du monde où l’on embrasse à la fois (...) l’Institut, le Louvre, la Cité- et les quais aux bouquins, les Tuileries, la butte latine jusqu’au Panthéon, la Seine jusqu’à la Concorde », La marche à l’Etoile (1943), Vercors (Jean Marcel Adolphe Bruller, 1902 - 1991).


Le charme de l’ancien, par opposition à l’élégance de la modernité.

1802-06: pont d’Austerlitz à Paris, Louis Becquey de Beaupré (1760 – 1849) et Corneillé Lamande (1776 - 1837). Pont de fer, à péage, inauguré en 1807. Il repose sur quatre piles en maçonnerie et 5 arches en fonte. Malgré des coussinets en fer

fondu prévus pour absorber les trépidations de nombreuses %ssures apparaissent le rendant dangereux. 1802-1806 1er pont. Il repose sur quatre piles en maçonnerie et 5 arches en fonte. Malgré des coussinets en fer fondu prévus

pour absorber les trépidations de nombreuses %ssures apparaissent le rendant dangereux. 1854 2e pont. Le pont est reconstruit, plus large, et avec des arches en maçonnerie, en conservant les piles du précédent pont. 1884-1885 3e pont. Il est élargi une seconde fois. C’est sous cet aspect qu’on le découvre aujourd’hui.


Les « ronds de serviette ».

1823: pont du Carrousel (Antoine-Rémy Polonceau, 1778 - 1847). Pont réalisé avec trois arches d’environ 48 mètres composées de segments cylindriques creux en fonte intercalées avec des

voussoirs ayant la fonction de mettre en tension les arches.


La charpente métallique de la coupole de la Halle au blé (1806-11) s’est imposé comme un modèle technique et architectural.

1806-11: La halle aux blés après les travaux de Bélanger et Brunet. Une coupole de 39 mètres de diamètre terminée à son sommet par une vaste calotte vitrée (primitivement couverte de feuilles de

cuivre, qui furent remplacées en 1838 par des vitres), par François-Joseph Bélanger (1745 - 1818) et l’ingénieur François Brunet .


Entourer la nature avec le fer.

1833 : Jardin des Plantes par Charles Rohault de Fleury (1801 – 1875).

1844-1848 : Decimus Burton (1800 – 1881) and Richard Turner (1798 - 1881), Palm House in the Royal Botanical Gardens in Kew, Surrey (England), avant de Joseph Paxton,


Entourer l’architecture avec le fer.

1818-58: Cathédrale Saint-Isaac de Saint-Pétersbourg. Coupole de Saint Isaac (1818-58) à Saint Pétersbourg par Auguste Ricard de Montferrand (1786 - 1858).

1823 : Gabriel Lamé (1795 - 1870) et Benoît Paul Émile Clapeyron (1799 – 1864) Mémoire sur la stabilité des voûtes et Supplément au Mémoire sur la stabilité des

voûtes, “Annales des Mines”, Tome VIII, livr.4, 1823, p. 789-810, 811-818


Les usines et les maisons de squelette de fer.

1885 : Home Insurance Building à Chicago, William Le Baron Jenney (1832 - 1907).

1871 : Moulin de l’usine Meunier à Noisiel de Jules Saulnier (1817 – 1881), L’originalité de ce bâtiment de métal provient de sa structure visible qui semble dessiner la peau du bâtiment. L’usine de Noisiel

est la rencontre réussie entre l’art architectural de la %n du XIXe siècle et la fonctionnalité industrielle.


Arches et poutres en fer.

1887-89 : Le pont Paderno sur la rivière Adda par Jules Röthlisberger (1851 - 1911). Pont en arc en fer: longueur 266 mètres, ouverture totale 150 mètres, hauteur 37,5 mètres, hauteur du tablier depuis la surface

de l’eau ou hauteur totale maximale de 85 mètres.


Jusqu’aux années 1840, des systèmes de planchers métalliques sont inventés à cette époque pour les planchers des maisons et des immeubles de rapport, en particulier aux planchers avec solives à double T. Ce type de plancher dominera ce secteur de la construction à partir des années 1860, et connaîtra de nombreux développements jusqu’à l’apparition des premiers planchers en béton armé dans les années 1890.

1836: production industrielle de poutres en double T à utiliser entre les dalles des planchers à la place des poutrelles en bois. Poutres pleines: poutre à une seule âme sans tables, composée d’un fer plat vertical et de 4 cornières. Les premiers pro%lés laminés

en double T utilisés en France datent de 1845 (les premières cornières en L et des fers en T simple sont commercialisées a partir des années 1820) et sont des rails métalliques similaires à celles déjà breveté par John Birkinshaw (XIXe siècle). Ils sont employés par Eugène Flachat (1802 – 1873) pour la construction de combles pour la Compagnie du chemin de fer de Saint-Germain, alors que le premier plancher en France utilisant des solives à double T date de février 1849.


Treillage métallique.

1863 : Treillage métallique d’un hourdis en auget - A. solive B. entretoise C. fentons d’après Jolly et Joly et Treillage métallique d’un hourdis en auget, avec « entretoises rigides » d’après Jolly et Joly (César Jolly et éophile Joly. Études pratiques sur la construction des planchers et poutres en fer, avec notice sur les colonnes en fer et en fonte. Dunod, Paris, 1863).


1.2 L’architecture réalisée avec les “nouveaux matériaux”: de l’usage de la fonte et du fer (à partir de la %n du XVIIIe siècle) à l’introduction de l’acier et du béton armé (à partir de la %n de XIXe siècle).

1810: «Vue sur le pont des Chaînes inventé par James Finley», gravure sur bois de William Strickland (1788 – 1854), architecte, e Port Folio [Magazine], Juin 1810.

James Finley (1756 - 1828) est largement reconnue comme le premier créateur et constructeur du pont suspendu moderne. Bien que non spéci%quement identi%és, il est probable que le pont des Chaînes à Chutes du Schuylkill (1808).


Le premier effondrement de ponts suspendus. “ On Monday evening last at 5 o’clock, the iron bars connecting the cables and the right hand anchor of the Newport and Covington Suspension Bridge, on the Newport side, gave way and the entire structure fell with a tremendous crash into the Licking, a distance of 70 feet! ” (Covington Journal, Saturday, January 21, 1854, p. 3).

1850 : La rupture du pont de la Basse-Chaîne à Angers.

1852: pont de la Roche Bernard sur la Vilaine.

1852: le premier pont de la Roche Bernard sur la Vilaine, 1839-1852.


Dans ces années, de nombreux ponts suspendus seront construits qui laissera une marque importante dans l’histoire de la construction en fer et en acier.

1819-20: pont sur la Tweed, Northumberland, Captain Samuel Brown (1776 - 1852). La charpente est soutenue par douze chaînes formées d’anneaux de 5 centimètres de diamètre, sur des éléments de 4,5 mètres de

longueur, pour une ouverture de 129 mètres. Il était le premier pont suspendu au monde conçu pour transporter des véhicules.


1819-26: Menai Bridge par omas Telford (1757 – 1834). Pont suspendu de Menai. Pont suspendu à chaînes (seize chaînes de suspension, chacune constituée de 935 barres de fer):

longueur 417 mètres, portée principale 176 mètres, largeur 12 mètres, hauteur 30 m. Matériau: fer forgé et pierre. En 1940 la structure suspendue principale est remplacée par une identique en acier.


1836-64: pont sur l’Avon à Bristol (Isambard Kingdom Brunel, 1806 – 1859), également appelé Clifton Bridge. Pont suspendu à chaînes, Longueur 412 mètres, portée principale 214 mètres, largeur 9,4 mètres, hauteur 74 mètres. Matériau:

maçonnerie et fer (les chaînes forgées sont celles du pont suspendu à chaînes lancé sur la Tamise, près de Charing Cross Station, à Londres - Hungerford Bridge - remplacé en 1859).


1867-83: pont de Brooklyn à New York (John August Röbling, 1806 – 1869). Sur ce pont, la double charpente, la partie supérieure routière et la partie inférieure ferroviaire, compose, avec ses liaisons

verticales et diagonales, une poutre en treillis qui garantit un raidissement adéquat (l’ouverture centrale est d’environ 488 mètres, les ouvertures latérales mesurent environ 284 mètres chacune).

Le pont de Brooklyn, il a demandé à ses constructeurs ont une grande foi dans leur capacité à gouverner la technologie.


1.3 Les développements de la science des constructions au XIXe siècle. Une aventure scienti%que extrêmement «aristocratique»: la naissance de la mécanique des solides et des structures

vs. la «science des ingénieurs»

La fondation des grandes écoles: 1747 École royale des ponts et chaussées

puis (1775) École nationale des ponts et chaussées 1748 École royale du génie de Mézières

puis (1794) École d’application de l’artillerie et du génie 1794 École centrale des travaux publics

puis (1795) École Polytechnique S’établit un rapport plus étroit entre les sciences physico-mathématiques et les applications techniques.


Les étapes fondamentales du développement de la moderne science des constructions. En 1826, Claude-Louis Navier (1785 - 1836) publie la première édition de son Résumé des Leçons ... sur l’application de la mécanique, qui marquera un tournant important aussi bien dans la littérature scienti%que que dans le génie du XIXe siècle. Un pont est ainsi jeté entre les procédés techniques de la conception structurale et les résultats théoriques obtenus par les grands mathématiciens des Lumières. Navier réédite, en les enrichissant d’intéressantes notes ajoutées, de vieux traités comme le Traité de la Construction des Ponts de Émiland Marie Gauthey (1732 – 1806), La Science des ingénieurs (1813) de Bernard Forest de Bélidor (1698 - 1761) ou L’Architecture Hydraulique (1819) du même auteur.


Les essais principaux qui sont le fondement de la nouvelle science galiléenne peuvent être résumées comme suit: •  1821 – Claude-Louis Navier: Mémoire sur le lois de l’équilibre et du mouvement des solides élastiques,

“Mémoires de l’Institut National”, 7 (1821), pp. 375-393, 1827; ouvrage célèbre à juste titre, dans lequel sont rendues explicites les équations de base de la théorie mathématique de l’élasticité.

•  1823 – Augustin Louis Cauchy (1789 – 1857): Recherches sur l’équilibre et le mouvement intérieur des corps solides ou "uides, élastiques ou non élastiques, “Bulletin des Sciences par la Société Philomatique”, pp. 9-13; où est exposé le «grand théorème» de Cauchy (dé%nition des équations d’équilibre d’un solide élastique).

•  1828 - Augustin Louis Cauchy: Exercises de mathématiques, où l’auteur jette les bases de la théorie mathématique de l’élasticité.

•  1833 - Siméon Denis Poisson (1781 – 1840) publie la seconde édition, revue et augmentée, de son Traité de Mécanique (la première édition date de 1811).

•  1837 - George Green (1793 – 1841): On the laws of Re"ection of Light at the common surface of Two Non-crystallized Media, “Transl. Camb. Phil. Soc.”, 7 (1837), pp. 1-24, 113-120, 1839; dé%nition des équations de lien élastique.

•  1842 - Pendant la construction du pont sur la rivière Verebija, sur la ligne de chemin de fer Saint Pétersbourg-Moscou, Jourawski (Dmitrii Ivanovich Zhuravskii, 1821 – 1891) arrive à la dé%nition de la relation qui exprime la résistance au cisaillement d’une poutre [publiée dans “Annales des Ponts et Chaussées”, 12 (1856)].

Dmitrij Ivanovič Žuravskij (1821 – 1891)


•  1847 - Adhémar-Jean-Claude Barré de Saint-Venant (1797 – 1886): Mémoire de l’équilibre des corps solides et Mémoire sur la torsion des prismes; “Comptes Rendus”, 24, pp. 260-63, 485-488, 847-849; où l’auteur affronte et résout le problème de la $exion et de la torsion des prismes.

«Les perfectionnements que les formules de Monsieur de Saint-Venant ont apportés à la mécanique pratique, de même qu’à la mécanique rationnelle, ont été si importants que beaucoup d’entre eux sont déjà passés dans l’enseignement, et ont été exposés, notamment, dans le cours de notre académicien Monsieur Poncelet à la Faculté des Sciences».

Jugement de Augustin-Louis Cauchy (1789 – 1857) (“Comptes Rendus”, 17, pp. 1234-1236).

Adhémar-Jean-Claude Barré de Saint-Venant


•  1857 - Solution de Benoit-Pierre-Émile Clapeyron (1799 – 1864) au problème de la poutre continue (Calcul d’une poutre élastique reposant librement sur des appuis inégalement espacés, “Comptes Rendus”, 45, pp. 1076-77. La solution de Clapeyron au problème de la poutre continue est l’outil qui va révolutionner le calcul physico-mathématique des structures dans la conception des ponts avec poutre continue.

•  1864 - Adhémar-Jean-Claude Barré de Saint-Venant publie le Résumé des Leçons de Navier en l’enrichissant de Notes et appendices fondamentales pour le développement de la discipline.

•  1864 - Karl Culmann (1821 - 1881) publie son traité de Statique graphique (Die graphische Statik) qui donnera une grande impulsion, entre autres, au calcul des structures en treillis au moyen de simples méthodes graphiques.

Li,i−16EJi,i−1

Xi,i−1 +Li,i−13EJi,i−1

+Li,i+13EJi,i+1

"

#$$

%

&''Xi +

Li,i+16EJi,i+1

Xi,i+1 = − αi,i−1* +αi,i+1

*( )+...

Benoit-Pierre-Émile Clapeyron

Karl Culmann (1821 – 1881)


Le théorème de Castigliano est outil fondamental pour la résolution des structures hyperstatiques en élasticité. Le théorème de Castigliano est à la base de nombreuses méthodes de calcul des efforts en résistance des matériaux. Il repose sur une relation énergétique et permet un calcul relativement simple des grandeurs spéci%ques (efforts ou déplacements) cherchées.

•  1879 - Alberto Castigliano (1847 - 1884): éorie de l’équilibre des systèmes élastiques et ses applications.

•  1883 – Adhémar-Jean-Claude Barré de Saint-Venant publie la éorie de l’élasticité des corps solides de Clebsch, en la complétant avec des notes et ajouts efficaces.

Alberto Castigliano (1847 - 1884)

La dérivée partielle du travail (U) des forces extérieures par rapport à une force (F) est égale au déplacement (δ) du point d'application selon la ligne d'action de cette force.


1.4 Le béton et l’armature métallique: le béton armé. Vers la moitié du XIXe siècle, on soupçonna qu’il pouvait y avoir union entre deux matériaux très différents l’un de l’autre: le béton et l’armature métallique, employé sur la base d’une intuition quant à ses qualités, et d’une exploitation empirique de ses caractéristiques, et non sur la base d’une connaissance approfondie de ses caractéristiques mécaniques.

Joseph Monier (1823 - 1906), jardinier et inventeur, est considéré comme l'inventeur du béton armé pour lequel il a déposé plusieurs brevets : notamment,

en 1867, un brevet sur des caisses en ciment armé de fer pour l'horticulture.


L’invention du béton armé •  Aux barques en béton (1848) de Joseph-Louis Lambot (1814 – 1887), inventeur du

ciment armé, et aux caisses à $eurs (1849) de Joseph Monier (1823 - 1906) succèdent les réalisations d’entrepreneurs qui développent des «systèmes» de béton armé. François Coignet (1814 – 1888) met au point le béton aggloméré, François Hennebique (1842 - 1921) développe de nouveaux systèmes pour la construction de dalles.

•  Armand Considère (1841 - 1914) invente le béton fretté (1901) et au XXe siècle Eugène Freyssinet invente le béton précontraint qui ouvrira de nouveaux horizons au matériau béton.

1855: à Paris pendant l’Exposition Universelle de 1855, Joseph-Louis Lambot expose un petit bateau réalisé avec une grille métallique plongée dans une épaisseur de 4 centimètres de béton.

Lambot: brevet déposée le 15 Janvier 1855.


•  1859: François Coignet pionnier du béton armé et de la préfabrication en France, voulut augmenter la résistance du béton en y plongeant des barres de fer. Son %ls Edmond Coignet (1856 – 1915) %t de la construction en béton armé une technologie avec des règles de calcul précises, qui seront en partie reprises dans le premier règlement français de 1906.

En 1854 Coignet brevetait un ciment de clinker et ouvrait une usine à Saint-Denis en région parisienne. Il construit avec l’architecte éodore Lachez (? - 1884) une maison faite de moellons arti%ciels en ciment (1853) près de son usine. Cette maison sera visitée en novembre 1855 par une commission comprenant 14 architectes présidée par Henri Labrouste (1801 – 1875). Dans le rapport il est écrit que « tous les travaux ont été exécutés en béton pisé, moulé et massivé. Coignet a fait usage de mélanges de différentes matières de peu de valeur, avec la chaux soit grasse, soit hydraulique ».

La fontaine (1873) de la Grand Army Plaza à New York, œuvre de l’architecte Calvert Vaux (1824 - 1895), utilisait le ciment Coignet avec renforts en fer.


C’est à François Hennebique que revient le mérite d’avoir réussi non seulement à appliquer et à diffuser son système de construction avant que la recherche théorique n’arrive à fonder sur de solides bases scienti%ques la théorie du béton armé

1909: réservoir sur pylônes, Roye, Somme. François Hennebique (1842 – 1921).

1894: Premier pont en béton armé à Viggen ou Wiggen (Suisse).


•  1879: premier usage de béton armé par Hennebique. •  1886: Hennebique suggère que les forces de tensions soient prise seulement

par les armatures dans le béton. •  1892: Brevet sur le béton armé à Bruxelles. •  1894: Premier pont en béton armé à Wiggen (Suisse). •  1896: Hennebique publie le journal «Béton armé».

1895: système Hennebique.


1921-23: hangar pour dirigeables, Orly par Eugène Freyssinet. Les hangars sont constitués d’une suite d’arcs paraboliques en béton armé: largeur 60 mètres, portée 90 mètres, longueur 300

mètres; détruits en 1944.


1.5 L’impact des “nouveaux matériaux” dans les systèmes de construction de la %n du XIXe siècle, avec une attention particulière à la théorie naissante des systèmes élastiques.

l’imagination et la «sensibilité» statique vs.

la disponibilité de méthodes de calcul et de véri%cation rigoureuses

1896 : Pont de la liberté, Budapest.


1845: pont sur la rivière Conwy (Robert Stephenson, 1803 - 1859). Pont tubulaire en fer forgé, à double voie en deux tubes séparés. Sur le site de Conwy il est également le pont suspendu de

l’ingénieur omas Telford, qui est l’un des premiers ponts suspendus routiers du monde. Sa suspension est constituée de chaînes de fer forgé. Les tours soutenant la suspension du pont ont été conçus avec le style des tours crénelées du château voisin. Le pont suspendu est situé juste à côté du pont ferroviaire de Robert Stephenson.

“Tubular bridge”.


1844-50: pont Britannia sur la rivière Menai (Robert Stephenson). Le pont Britannia a été réalisé sur le schéma d’une poutre continue formée de deux portées centrales de 144 mètres et de deux

piliers de support latéraux de 74 mètres. C’était un pont tubulaire uniquement ferroviaire, composé de travées en poutres fermées rectangulaires en fer forgé, les éléments du tube en fer forgé étaient assemblés à terre, puis mis sur des barges avant d’être hissés dans leur position dé%nitive.


La technique des ponts de chemin de fer, arrivée presque au faîte d’un «âge du fer» qui avait conquis ses lettres de noblesse depuis la révolution industrielle, offrit des résultats d’une hardiesse impressionnante et d’une élégance extraordinaire.

La construction de ponts en fer devient la vitrine des capacités de la science et des techniques de construction. Le génie devient architecture, l’architecture du fer.

1830 : Pont en fer dans le Parque de El Capricho (Madrid). Ce petit pont a été construit dans l’ancien domaine de El Capricho, conçu comme une zone de loisirs par le propriétaire, María

Josefa Pimentel, duchesse d’Osuna (1752 - 1834). C’est l’un des derniers bâtiments construits dans le complexe de jardin, dont la construction a commencé en 1787 et s’est terminée 52 ans plus tard en 1839.

Il a été conclu en 1830, lorsque l’architecture de fer, appliquée à l’ingénierie des routes, n’avait pas encore répandu en Espagne.


1877: pont Maria-Pia sur le Douro à Porto (Gustave Eiffel et son associé éophile Seyrig, 1843 - 1923). Matériaux de construction: fonte et acier; longueur totale: 563 mètres; largeur de la poutre: 6.0 mètres; portée de l’arc: 160 mètres; hauteur au-dessus de l’eau / fond de vallée: 61.20 mètres.


Le Géant de Fer.

1880-84: viaduc de Garabit (Gustave Eiffel & Léon Boyer, 1851 – 1886, et Maurice Koechlin, 1856 - 1946). Pont en arc en fer forgé: longueur 564,69 mètres, largeur 20 mètres, hauteur 122 mètres. Le viaduc de Garabit se compose d’un

tablier métallique reposant sur sept piles en fer puddlé de hauteur variable (jusqu’à 80 mètres pour les deux plus hautes). Les trois travées situées au-dessus de la partie la plus basse de la vallée font l’arc d’une portée de 165 mètres et d’une hauteur de 52 mètres. La partie métallique est encadrée par deux viaducs d’accès nord et sud, en maçonnerie, de 46 mètres et 71 mètres respectivement. Idée constructive de Léon Boyer (1851 – 1886), inspiré de l’exemple du pont Maria Pia sur le Douro (Portugal), viaduc construit par Eiffel e Seyrig en 1877.


1882-90: pont sur le Firth of Forth (William Arrol, 1839 – 1913, Benjamin Baker, 1840 – 1907, et John Fowler, 1817 – 1898). Pont à poutres cantilever, extrêmement robuste et spécialement conçu pour résister aux vents les plus violents: longueur 2.528,7

mètres, hauteur 100,6 mètres, hauteur libre 46 mètres.


1889 : Principe du cantilever. Illustration apparu dans un article de e Illustrated London News d’octobre 1889. L’homme au centre de la photo est Kaichi Watanabe (1858 – 1932), contremaître en chef du chantier.


Les expositions universelles, créées pour présenter les réalisations industrielles des différentes nations, représentaient la vitrine technologique et industrielle des participants, témoignant du progrès au cours de la révolution industrielle.

Panorama de l’Exposition universelle de 1878.


1851: exposition de Londres: le Palais de Cristal (Cristal Palace) de Joseph Paxton (1803 – 1865). Rapidité de l’exécution et récupération intégrale des éléments après le démontage, grâce à une préfabrication complète.

1854-66: le marché des «Halles» à Paris (Victor Baltard, 1805 – 1874). Illustration in Monographie des Halles centrales de Paris, construites sous le règne de Napoléon III et sous l’administration de M. le

B[ar]on Haussmann, sénateur, préfet du département de la Seine by Victor Baltard and Félix Callet (1791 - 1854), Paris: A. Morel, 1863, plate 1.


1889: exposition de Paris, «Tour Eiffel» (Gustave Eiffel). La tour est appuyée au sol sur un carré de 125 mètres. Hauteur: plancher du 1er étage 57,63 mètres, plancher du 2e étage 115,73

mètres, plancher du 3e étage 276,13 mètres, totale avec antenne 324 mètres. Poids total 10.100 t, charpente métallique 7.300 t. Matériau: fer puddlé des aciéries de Pompey (Lorraine). Nombre d’éléments: 18.038 pièces métalliques et 2.500.000 rivets. Entrepreneur: Gustave Eiffel & Cie, idée constructive de Maurice Koechlin (1856 – 1946) et Émile Nouguier (1840 – 1898).


1889: exposition de Paris, Galerie des Machines (Ferdinand Dutert, 1845 – 1906, Charles Léon Stephen Sauvestre, 1847 – 1919, Victor Contamin, 1840 – 1893, et Édouard Charton, 1807 - 1890).

Les grands arcs en treillis à trois articulations: elle formait une immense nef de verre et métal, sa largeur était de 115 mètres, sa hauteur de 48,324 mètres et sa longueur de 420 mètres avec un immense hall sans appui intérieur.

La Galerie des Machines considéré comme le plus beau des pavillons de l’Exposition universelle de Paris de 1889, elle est l’œuvre de l’architecte Ferdinand Dutert. Sa nef principale a 110 mètres de largeur par 420 mètres de longueur, et elle est la plus importante structure métallique d’Europe, jusqu’à sa démolition en 1909. Les pavillons de l’art et de l’industrie mettent également en évidence l’émergence de la révolution industrielle en marche.

L’écrivain Joris-Karl Huysmans (1848 - 1907), ravi par sa beauté, la compare à une cathédrale du XIXe siècle: «Mais une galerie des machines belle, immense, possible seulement avec le fer, l’ogive alors éclatée, formidable - ça n’est pas mal - quant aux machines, elles ne sont points posées ou ne fonctionnent pas» (Lettres inédites a Arij Prins 1885-1907, Genève, Libraire Droz, 1977. Lettre 79: 14/5 ’89).


Le fer est le matériau le plus utilisé dans la construction de génie civil et les applications industrielles. L’utilisation du fer, et plus tard celle de l’acier, il devient la pratique de la fabrication et dans quelques années, s’étendra à la construction civile, en particulier aux États-Unis d’Amérique.

a) b) c) d) e) f ) g) h)

a) 1889-90: New York World Building, b) 1893-94: Manhattan Life Insurance Building, c) 1896-99: Park Row Building d) 1893-1909: Metropolitan Life Insurance Company Tower, e) 1910-13: Woolworth Building, f ), 1929-30 40 Wall Street, ou Trump Building, g) 1928-30: Chrysler Building, h) 1929-31: Empire State Building.


Dans les premières années du XXe siècle, l’Empire State Building est devenu le symbole du nouveau système structurel.

1929-31: Empire State Building.


2. La conception structurale et les “nouveaux matériaux” Au XXe siècle se pro%le de plus en plus nettement l’alternative tourmentée entre art et science de la construction.

le «structuralisme constructif» vs. le «structuralisme mathématique»

1908: Plaque expérimentale dépourvue de nervures - essai de charge sur modèle avec appuis ponctuels (Robert Maillart, 1872 – 1940).


La recherche fut une recherche d’une dimension poétique dans le travail obstinément rationnel de qui s’occupe de l’aspect statique de la construction.

1935: Frontón Recoletos, Madrid (Eduardo Torroja, 1899 – 1961). Coque cylindrique en tonnelle construit en béton armé: longueur 55 mètres, largueur 23 + 9,5 mètres. Le bâtiment fût détruit

pendant la guerre civile.


La volonté d’arriver à une intégration féconde entre technique et architecture, entre hardiesse de construction et beauté, entre rationalité et intuition.

1940: Palais de l’eau et de la lumière, le projet pour l’Exposition Universelle de Rome (Pier Luigi Nervi, 1891 – 1979). Une architecture audacieuse mais pleine de rigueur et de conception structurelle.


•  innovation technologique •  recherche de nouveaux types de construction •  expressivité des formes

1951: usine Gatti (Lainerie Gatti), Rome (Pier Luigi Nervi) Charpente à plaque en nervures où les nervures suivent les courbes isostatiques. Con%gurations géométriques - Voiles et dalles. La con%guration de la dalle de couverture suit le sens des lignes isostatiques.


La poétique du béton va au-delà d’ingénierie et in$uence fortement l’architecture . «Mon béton est plus beau que la pierre. Je le travaille, je le cisèle […], j’en fais une matière qui dépasse en beauté les revêtements les plus précieux» (Auguste Perret, 1944).

1913: éâtre des Champs-Élysées (Auguste Perret, 1874 - 1954).


Les in$uences spatiales, libre et sensuelle, grâce à l’utilisation du béton armé.

1943: Eglise de Saint-François d’Assise, Belo Horizonte, également connu comme iglesia de Pampulha (Oscar Niemeyer, 1907 - 2012). La conception architecturale de l’église est par Oscar Niemeyer, tandis que l’analyse structurale a été réalisée par l’ingénieur

brésilien Joaquim Cardozo (1897 - 1978). La structure de la couverture est faite de voûtes autoporteuse en béton armé. Le matériau est utilisé avec une grande capacité formelle et structurelle, et est le thème central de l’œuvre architecturale.

«Une église est un hangar de Dieu sur la terre» Paul Claudel (1868 – 1955).


La poésie ne manque certainement pas dans les créations de Niemeyer.

« Je n’ai aucun enthousiasme pour l’architecture rationaliste et ses limites fonctionnelles, sa rigidité structurelle, ses dogmes et ses théories. L’architecture est faite de songes et de fantaisie, de courbes généreuses et de grands espaces libres (…) le béton

armé permet à l’architecture qui a le sens de la poésie de s’exprimer. Il faut savoir inventer en faisant appel à toutes les techniques qui sont à notre disposition. Pourquoi

se soumettre à des règles, des principes intangibles? »

1957 : Palácio da Alvorada, Brasilia.


1958 : Palácio do Planalto, Brasilia.

L’architecture de Niemeyer devient l’«architecte de la sensualité».

« Ce n’est pas l’angle qui m’attire. Ni la ligne droite, dure, in"exible. Ce qui m’attire c’est la courbe sensuelle que l’on trouve dans le corps de la femme parfaite.

« Quand j’ai commencé ma carrière, le fonctionnalisme était le dogme: seul comptait l’usage du bâtiment, tout ce qui relevait de l’ornement était banni. J’ai voulu inverser la proposition, ne pas faire une architecture du dedans vers le dehors mais imaginer

d’abord son aspect extérieur et l’adapter au reste ».


Niemeyer est devenu le promoteur de la fantaisie structurelle, la fantaisie de l’architecte. « La première chose que je fais quand j’aborde un travail, c’est commencer par réduire

les appuis. Quand on réduit les appuis, l’architecture devient plus audacieuse. Les espaces deviennent plus généreux et l’architecture peut alors créer une architecture

nouvelle, qui provoque l’étonnement et peut devenir une œuvre d’art ».

1962 : Palácio da Justiça, Brasilia.


1958-70: Catedral Metropolitana Nossa Senhora Aparecida à Brasilia (Oscar Niemeyer). Cette structure est une hyperboloïde d’un diamètre de 70 mètres, obtenue par l’assemblage de 16 colonnes en béton armée de

poids égal à 90 tonnes chacune, représente deux mains se rejoignant en direction du ciel.

La conception de la structure est transformée dans l’art et la poésie de l’architecture. L’architecture est tactile et sensuelle, a la fois dur et poétique, sublime et sensible, au cœur des règles et des techniques, véritable magie du réel. «C’est seulement la beauté plastique qui domine comme un message permanent de grâce et de poésie».


3. Science ou art de la construction? [P.L. Nervi, 1945] La question s’adresse aux architectes, a%n qu’ils cherchent à s’approcher davantage de la technique entendue comme étude et interprétation des lois “divines” du monde physique «[et] s’habituent de façon toute particulière à pressentir et appréhender le jeu des forces et des contraintes qui se développe dans les différentes parties de toute structure résistante, presque comme la fatigue musculaire sensible d’un grand organisme vivant».

1930 : Stadio Comunale, Firenze.


De nouvelles instances de l’architecture •  technologie des matériaux •  théorie des structures •  formes structurales •  les problèmes statiques dans une perspective principalement mathématique •  la rigide impersonnalité des formules

n’ont pas sanctionné la supériorité de la conception structurale sur l’intuition

1939-41: hangar pour avions d’Orbetello (Pier Luigi Nervi).


La nécessité de réaliser des espaces susceptibles de prendre en compte de nouvelles instances intellectuelles ou symboliques.

Les origines. 1863 : coupole en treillis de la Nouvelle Synagogue de Berlin (Johann Wilhelm Schwedler, 1823 – 1894).

Les développements dans le XXe siècle. 1950 : Konrad Wachsmann (1901 – 1980), Hangar, États-Unis. Wachsmann conçu la première

structure spatiale en trois dimensions construit en acier, et les articulations complexes qui permettent sa mise en œuvre.


Cette nouvelle piste de recherche connaît une étape fondamentale avec les structures en treillis planes et à trois dimensions. •  Johann Wilhelm Schwedler (1823 – 1894) •  Vladimir Grigorievitch Choukhov (1853 - 1939) •  Walther Bauersfeld (1879 – 1959) •  Franz Dischinger (1887 – 1953) •  Richard Buckminster Fuller (1895 – 1983) •  Ulrich Finsterwalder (1897 - 1988) •  Konrad Wachsmann (1901 – 1980) •  Zygmunt Stanislaw Makowski (1922 – 2005) •  David Georges Emmerich (1925 – 1996)

1921 : antenne radio Chabolovka de l’émetteur du Komintern à Moscou (Vladimir Grigorievitch Choukhov, 1853 – 1939).


Engagement minimum de matériau pour le maximum de rendement structural

1923: ossature de la première coupole Dywidag montée sur la toiture d’un établissement Zeiss à Jena, Allemagne, par Walther Bauersfeld.

On constata, dans ce cas, l’extraordinaire stabilité de forme du réticule métallique très léger, pour un poids de 9 kilogrammes seulement par mètre carré de super%cie de la coupole, qui constituait le squelette initial de la coupole de 16 mètres de diamètre, réticule destiné ensuite à être englobé et ultérieurement raidi dans un bétonnage de 6 centimètres d’épaisseur seulement.

Ces systèmes réticulaires permettaient de décrire une surface plane en joignant des triangles ou des polygones plans.


4. Le béton armé: les ponts de Robert Maillart, les surfaces courbes à trois dimensions et leur caractérisation structurale «[le béton armé est] le plus beau système de construction que l’humanité ait su trouver jusqu’à ce jour, puisque le fait de pouvoir créer des pierres fondues, de n’importe quelle

forme, capables de résister à la tension, a quelque chose de magique» (Pier Luigi Nervi).

1910: Magasin à Zürich (Robert Maillart). Première utilisation de piliers à forme de champignon dans un

bâtiment industriel (dalle-champignon ou plancher sans poutrelle). La nouveauté est la disparition des poutres: tout le plancher est

traité comme une plaque qui devient une surface portante uniforme en longueur et en largeur.


4.1 Les ponts de Robert Maillart: choisir la plus esthétique de tous les formes rationnelles possibles.

1905: pont à Tavanasa sur le Rhin (Grisons, Suisse). Longueur 51 mètres. Le système statique est celui de l’arc à trois articulations. Maillart réalisa ici pour la première fois une

structure monolithique en intégrant l’arc portant avec la charpente dans une structure unitaire.


1933: pont de Schwandbach dans le canton de Berne. Il fut réalisé, sur un plan en courbe, en composant un système de plaques planes et courbes. Le système statique est celui de l’arc

avec appuis %xes surmonté d’une poutre continue sur plusieurs longueurs.

Les éléments structuraux très minces, les travées d’accès non-massives, l’espacement des parois transversales, la main courante en métal très légère et les courbures du tablier contribuent à l’esthétique extraordinaire du pont de Schwandbach (Daniel Imhof ).


1936-37: pont sur la rivière Arve (pont de Vessy). Le pont de Vessy est un pont en arcs à trois articulations. Il se compose de trois arcs parallèles avec section en U et de soutiens

verticaux de forme cruciforme (section en X) qui permettent de réaliser un joint en charnière; portée 56 mètres, hauteur 11,7 mètres.

« La théorie est dangereuse, les normes sont trop restrictives, les essais à échelle réelle sont décisifs et la sécurité peut être garantie » (R. Maillart).


Le jugement de Nervi est signi%catif: «[les ponts de Maillart sont une] exaltation de la technique de construction, élevée à pure expression architecturale» [Nervi, 1945].

Pont de Schwandbach: esquisse de Santiago Calatrava (1951 - ) .


4.2 Les surfaces courbes à trois dimensions et leur caractérisation structurale. «Lignes et surfaces sont toujours liées à des lois mathématiques et physiques qui en $xent les propriétés. Seulement avec une connaissance parfaite de ces lois et en ré"échissant sur leurs conséquences, on peut réaliser des ouvrages parfaits (...) L’artiste ne doit jamais oublier que l’esthétique (...) est intimement liée aux propriétés géométriques, analytiques, mécaniques et résistantes des surfaces et des lignes qui délimitent la masse de la construction. Chaque ligne mathématiquement dé$nie possède sa vérité intrinsèque, exprime une loi, représente une idée, porte en soi le mérite d’une vertu. Nier ces choses signi$e se renfermer dans le refuge aveugle et égoïste de la paresse et de l’ignorance» [Torroja, 1957].

Fonction de courbure multiples: z = x2 sin (y)


La recherche d’épaisseurs minimum, l’optimisation des formes en raison d’une «économie» statique qui privilégie les capacités de résistance du matériau, la prétention d’unir résistance et légèreté, force et agilité, jouent un rôle fondamental dans le développement de l’idée architecturale et dans le choix esthétique.

1956: Magasins Celestino à Mexico (Felix Candela, 1910 - 1997). Candela est l’un des pionniers des nouvelles formes structurelles construites en béton armé au XXe siècle. Sa contribution a été

de créer de nouvelles formes structurelles utilisant des surfaces de courbure multiples.


Candela a trouvé dans la géométrie de ces surfaces la façon d’optimiser non seulement la beauté de l’édi%ce, mais en même temps, et inséparablement, son comportement structurel et la simplicité de sa construction.

Felix Candela, test de charge sur un parapluie de pilier, la première moitié des années 50.


Ces architectures construites en béton armé et résistant à former, parmi eux le paraboloïde hyperbolique (surface réglée), pourrait être mis en œuvre à l’aide de coffrage simple faite de planches de bois qui suivent le cours de la génération de la surface elle-même.

1957-58: voûte mince en béton armé dans le parc de Xochimilco, café-restaurant «Los Manantiales», Mexique (Felix Candela et Joaquin Alvarez Ordoñez).

Fine coque monolithe aux résonances $orales.


1958-59: chapelle de Cuernevaca (Felix Candela). Voile mince en béton armé


De cette façon, il était en mesure d’optimiser la forme, la taille, l’épaisseur des sections résistantes, jusqu’à quelques centimètres, enveloppes de bâtiments de faible épaisseur (surfaces minimales), avec des bords libres, de donner leur uniformité spatiale et pure forme géométrique.

Ouvrages signi%catifs par l’expressivité du lien matériau-forme-structure.

1967-76: pont en coque, pont sur la rivière Basento, Potenza, Italie (Sergio Musmeci, 1926 – 1981). Pont de quatre portées de 70 mètres d’ouverture chacune, réalisé avec une coque d’une bande de 30 centimètres seulement

d’épaisseur qui - sans solution de continuité structurale ou formelle - repose par points sur le terrain et par points soutient la charpente. Le projet est assujetti à une conception précise structurelle: la forme de la structure n’est pas un a priori, une forme donnée dont

il suffit de véri%er les marges de sécurité, mais doit être «dérivée d’un processus d’optimisation de son état statique» [Musmeci, 1977].


1925: toiture de l’école paroissiale de la «Sainte Famille» - paraboloïde hyperbolique (surface réglée).

Antoni Gaudì (1852 – 1926).

Suggestives représentations de formes tridimensionnelles.


Antoni Gaudì.

L’idée de construire l’architecture: organique et hiérarchique.

1905-07: structure à arcs paraboliques de soutien de la toiture de la Maison Milà.


Antoni Gaudì : matière et structures.

1898-1915: chapelle de la Colonie Güelle à S. Coloma de Cervellò. Gaudì prépara pour ce projet un modèle de câbles qui reproduit le schéma portant du système voûté; aux câbles sont appliqués

des poids proportionnels aux charges qui doivent être soutenues par chaque nœud; les polygones d’équilibre ainsi déterminés, renversés, décrivent la ligne selon laquelle disposer le matériau dans les sections principales de la toiture.


5. L’acier: les structures textiles et les systèmes en treillis à trois dimensions L’exaltation des mathématiques comme instrument pour l’interprétation de leur comportement mécanique, du calcul numérique comme unique moyen pour régir le complexe système d’équations fondamentales qui décrit les conditions d’équilibre.

1948-50: Raleigh (Dorton) Arena, Matthew Nowicki (1910 – 1950), William Henley Deitrick (1895 - 1974) et Fred N. Severud (1899 – 1990).


Légèreté et l’innovation des systèmes de couverture.

1976: salle des sports de Milan (Palasport di San Siro). Construction de forme elliptique, avec les grands axes, respectivement 144 et 146 mètres de long. La couverture central suit la

forme d’une surface anti-clastiques (paraboloïde hyperbolique) et est formée par une structure tendue qui mesure 128 mètres de diamètre, soutenus par trente-huit supports en acier, faisant saillie à partir du bord extérieur vers l’intérieur. (Gilberto Valle, 1935 -; Tommaso Valle, 1934 -; Giorgio Romaro, 1931 -); bâtiment démoli.


« Le dôme est une ouvrage majeur de l’art, ce parfait mélange entre sculpture et architecture dans la manière de créer l’espace. Le dôme est la plus naturelle de toutes les formes, une voûte humaine créée à l’image d’une voûte céleste » (Michael-Ange, 1475 – 1564).

1967: Exposition de Montréal (Richard Buckminster Fuller, 1895 – 1983). Le Pavillon des États-Unis sur l’Île Sainte-Hélène: la Biosphère.


A%n de pallier les problèmes de déformabilité excessive ou d’instabilité aérodynamique, on a recouru à des formes géométriques tridimensionnelles pouvant être décrites avec deux ou plusieurs familles de câbles réagissant réciproquement, de façon à produire un effet stabilisant vis-à-vis de la forme.

1972: toiture du stade olympique, du stade de natation et du Palais des Sports de Münich (Frei Otto, 1925 - ). Frei Otto est surtout connu pour la conception de structures de surfaces minimales: structures légères inspirées par des formes

organiques et est considéré comme l’un des précurseurs de l’architecture bionique.


Architecture et Mathématiques transparent. Les surfaces à courbure gaussienne négative et les surfaces anti- clastiques.

« surfaces de minimum »

Surface minimale réalisée par Frei Otto avec un %lm de savon.


6. Les matériaux composites: les membranes pré-tendues L’étude des membranes pré-tendues trouve son origine dans les structures en treillis à trois dimensions. •  les systèmes ouverts, où les supports externes ou internes de la membrane, en général ponctuels,

absorbent les efforts de traction et de compression. Ces efforts sont retenus directement par des tirants ancrés dans le sol ou atténués par le biais d’arbalétriers;

•  les systèmes fermés, où est prévu l’ancrage de la membrane à une ossature autoportante et autonome par rapport au plan d’appui. Toutes les contraintes sont absorbées par cette structure (linéaire ou curviligne) à laquelle la membrane s’ancre généralement en forme continue.

Exemple: paraboloïde hyperbolique HOD, FOB : lignes directrices hi, …, hn : droites génératrices (1er système) ii, …, in : droites génératrices (1er système) XOZ, YOZ : plan directeur GOC, EOA : paraboles principales OZ : axe du paraboloïde hyperbolique ω : angle entre les plans directeurs


Les pionniers des structures architecturales légères à membrane tendue. Frei Otto et Walter Bird (1912 – 2006), David Geiger (1935 - 1989) et Horst Berger (1928 - ).

1983-86: Stade International du Roi Fahd, Geiger Berger Associates (Horst Berger), Ian Fraser, John Roberts and Partners. Structure à membrane supporté par mât(s). Places assises, 60.000, surface couverte par membrane 51.000 m2, membrane en %bre

de verre couvert de PTFE (polytétra$uoroéthylène).


L’utopie de Frei Otto: une nouvelle architecture.

1957: tente de toiture d’un bassin pour jeux aquatiques à Cologne (Frei Otto).


Les structures pneumatiques. Les structures pneumatiques, sinon le contraste entre la légèreté et le poids.

1962: coupole émettrice-réceptrice «Telstar», Maine (États-Unis). À l’époque de la construction, c’était la plus grande structure gon$ée du monde: diamètre de la coupole 64 mètres, hauteur 50

mètres environ.


Dômes à membrane en tenségrité. «Cette curieuse structure, assemblée de trois barres et de sept tirants, était manipulable à l’aide d’un huitième tirant détendu, l’ensemble étant déformable. Cette con$guration labile est très proche de la protoforme autotendante à trois barres et neuf tirants de notre invention» (David Georges Emmerich, 1925 - 1996).

1949: Prototype de structure en tenségrité.


Membrane tendue.

1970: exposition de Osaka; Salle des télécommunications. Matériau de la couverture: Aluminium, Vinyle, PVC.

Dimensions principales et la forme: la surface couverte est égale à 4.000 mètres carrés, la hauteur maximale est égale à 20 mètres, la géométrie d’un seul élément est anti- clastique, la géométrie de la structure entière est hybride.


7. Conclusions Au XXe siècle, le thème de la conception structurelle aura de nouvelles signi%cations. De nouveaux outils informatiques, tels que la méthode des éléments %nis, aider les concepteurs de structures, de nouveaux matériaux riverains de la phase de construction, les nouvelles technologies sont employées dans le chantier de construction, de nouvelles architectures matérialiser sur papier ou à l’écran d’un ordinateur, de nouveaux horizons recherche formelle, matérielle et structurelle devenue un sujet d’étude et d’expérimentation.

1988: la Pyramide du grand Louvre (Ieoh Ming Pei, 1917 - ). Pyramide de verre et de métal: la structure a été

entièrement construite de métal; s’élève à 21,64 mètres sur une base carrée de 35,42 mètres de côté. La pyramide est composée

de 603 losanges et 70 triangles en verre.


•  L’aube d’une nouvelle architecture? •  La réponse est complexe et nécessitera de nouvelles perspectives. •  L’idée constructive en architecture, reste donc la synthèse de la triade

vitruvienne: forme, matériau et structure.

1989: la «Nuage» de la Grande Arche, Paris (Johann Otto von Spreckelsen, 1929 – 1987; Ove Nyquist Arup, 1895 – 1988; Peter Rice, 1935 – 1992).

Johann Otto von Spreckelsen et Erik Reitzel (1941 – 2012) conçoivent l’Arche de la Défense (Paris) comme une version du XXe siècle de l’Arc de triomphe de l’Étoile: l’Arche a à peu près la forme d’un cube évidé, étant en son centre 112 mètres de long, 106,9 mètres de large, pour une hauteur de 110,9 mètres.

La ’Nuage’ de la Grande Arche de la Défense est une toile tendue ou une structure à membrane suspendue par des câbles %xés aux parois latérales. La membrane est une %bre de verre avec une surface de 2.300 mètres carrés.


Cependant, en guise de conclusion j’aimerais citer l’introduction de Eduardo Torroja à son livre Razón y ser de los tipos estructurale (1957), qui résume bien, à mes yeux, la relation intime reliant les matériaux et les structures: «Chaque matériau a son caractère spéci$que et chaque forme implique sa propre assiette statique particulière. «La solution naturelle d’un problème de construction - le fruit de l’art sans arti$ce -, qui répond de manière achevée aux conditions imposées, frappe comme une révélation et satisfait, en même temps, les conditions du technicien et les exigences de l’artiste. «La naissance d’un complexe structural, résultat d’un processus créatif, fusion d’art et de technique, d’ingéniosité et de recherche, d’imagination et de sensibilité, va au-delà du règne de la logique pure pour franchir les frontières mystérieuses de l’inspiration. «Les schémas de calcul sont précédés et dominés par l’idée qui modèle le matériau dans une forme résistante, et l’adapte à sa fonction».


Merci pour votre attention. Lyon, 30 Janvier 2014 après J.-C.

1919: Vladimir Tatline (1885 – 1953), Monument à la Troisième Internationale.


Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles

Engineering

Transcript of Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles