L’architecture cinétique, un domaine fascinant où l’art de l’architecture rencontre l’ingénierie dynamique, transforme les espaces de vie et de travail en créations interactives et évolutives. De la Villa Girasole tournant avec le soleil aux façades mobiles de l’Institut du Monde Arabe, cette discipline repousse les limites de l’architecture traditionnelle en introduisant des éléments en mouvement. Dans cet article, nous explorons l’univers de l’architecture cinétique : ses origines, ses applications variées, de l’habitat modulable aux façades réactives, et les technologies qui permettent de réaliser ces chefs-d’œuvre en mouvement. Préparez-vous à découvrir comment l’architecture cinétique façonne des bâtiments qui ne sont pas seulement des structures statiques, mais de véritables organismes vivants.
| 🤖 Définition | Concept de design avec des éléments de structure mobiles |
| 🎛️ Systèmes de contrôle | Internes, directs, indirects, réactifs, omniprésents, heuristiques |
| 📜 Origines | Moyen Âge, développements modernes par Fuller et d’autres |
| 🏠 Applications | Systèmes de structure, intérieurs, façades cinétiques |
| 🔨 Technologies clés | BIM, conception computationnelle |
| 🌍 Exemples notables | Institut du Monde Arabe, Tours Al Bahar, One Ocean Pavilion |
| 🌟 Avantages | Climat intérieur optimal, enveloppes intelligentes, réduction des coûts |
| 🔮 Perspectives futures | Bâtiments multifonctionnels, intégration de la technologie BIM et de la conception assistée par algorithme |
🤖Qu’est-ce que l’architecture cinétique ?
L’architecture cinétique est un concept de design dans lequel certaines parties de la structure du bâtiment sont conçues pour permettre le mouvement. Cela se fait sans réduire l’intégrité globale de la structure.
Les systèmes de contrôle de ces structures cinétiques peuvent être classés en six types, comme l’a fait Michael Fox :
- Contrôles internes : Ces systèmes n’ont pas de contrôle direct ou de mécanisme comme les charnières mécaniques. Cette catégorie comprend les architectures déployables et transportables.
- Contrôle direct : Ces systèmes sont actionnés directement par une source d’énergie extérieure aux dispositifs. Par exemple, les lucarnes et les stores rétractables peuvent aider à réguler la lumière du jour en fonction de la trajectoire du soleil grâce à un contrôle direct.
- Contrôle indirect : Le mouvement de ces systèmes dépend d’un système de retour d’information par capteur.
- Commande indirecte réactive : Le mouvement de ces systèmes dépend d’une technologie de capteurs à rétroaction multiple.
- Contrôle indirect réactif omniprésent : Ces systèmes ont la capacité de prédire en utilisant un réseau de commandes avec des algorithmes prédictifs.
- Contrôle indirect heuristique et réactif : Elle dépend de réseaux à médiation algorithmique dotés d’une capacité d’apprentissage. Les puits de lumière rétractables modérés constituent un système en réseau de puits de lumière individuels qui fonctionnent ensemble pour optimiser les conditions thermiques et d’éclairage naturel.
📜Les origines de l’architecture cinétique
Comme pour l’architecture vernaculaire, les origines du concept remontent au Moyen Âge, où la technique était utilisée dans la construction de fortifications défensives telles que les ponts-levis.
Plus tard, au début des années 1930, les architectes ont commencé à explorer sérieusement le concept d’architecture cinétique, et la décennie a vu la publication de nombreux livres et articles académiques sur le sujet. Toutefois, ces tentatives étaient purement théoriques et ce n’est que dans les années 1940 que des pionniers comme Buckminster Fuller ont commencé à mettre ces théories en pratique.
Avec le développement de l’informatique et de la technologie du bâtiment dans les années 1960 et 1970, l’intérêt pour l’architecture interactive, réactive, adaptable et intelligente a commencé à exploser.
Parmi les premiers exemples de cette technique, citons la Villa Girasole, construite en 1935 par Agelo Invernizzi. Il s’agit d’une maison rotative, qui tourne progressivement en suivant le mouvement du soleil pendant la journée. En 1987, Jean Nouvel a présenté un exemple majeur de ce concept, l’Institut du Monde Arabe à Paris. La façade cinétique du bâtiment s’ouvre et se ferme automatiquement pour gérer la quantité de lumière et de chaleur qui pénètre dans la structure.
🏠Applications dans l’industrie
Les applications de l’architecture cinétique peuvent être classées en trois catégories :
1. Systèmes de structure cinétique
Les systèmes de structures cinétiques sont des bâtiments ou des éléments de bâtiment dont la mobilité, l’emplacement et/ou la géométrie sont variables. Ces structures peuvent être pliables, coulisser, s’étendre ou se transformer en taille et en forme. Ces mouvements peuvent être obtenus par différents moyens – chimiques, magnétiques, naturels ou mécaniques. Un bon exemple de système de structure cinétique est le projet Sliding House de l’entreprise londonienne dRMM, dont les murs et le toit sont mobiles et peuvent être déplacés pour couvrir ou découvrir certaines parties de l’habitation.
Les systèmes de structures cinétiques peuvent être divisés en trois catégories :
- Structures cinétiques intégrées : Il s’agit de systèmes qui existent au sein d’un ensemble architectural plus vaste, à un emplacement fixe. La fonction première de ces structures cinétiques est de contrôler les systèmes architecturaux plus vastes, en réponse à des facteurs changeants.
- Structures cinétiques déployables : Elles existent généralement dans des lieux temporaires et sont facilement transportables. Elles comprennent les théâtres mobiles et les abris d’urgence rapidement déployables.
- Structures cinétiques dynamiques : Elles font partie d’un ensemble architectural plus vaste, mais peuvent agir de manière indépendante par rapport au contrôle du système global. Il s’agit de petits éléments architecturaux et de grands éléments tels que les portes, les fenêtres et les cloisons mobiles. Ces systèmes cinétiques deviennent de plus en plus automatisés et intelligents.
2. Intérieurs cinétiques
Contrairement à l’architecture contemporaine, l’application de l’architecture cinétique dans les intérieurs va des espaces transformables aux murs cinétiques. Les murs cinétiques sont de plus en plus utilisés pour créer des espaces flexibles. Ces murs contrôlés par ordinateur fonctionnent comme des séparateurs d’espaces intérieurs sculpturaux. L’ajout de ces éléments à l’ensemble du bâtiment permet de créer un bâtiment véritablement actif, capable de s’adapter à ses besoins. Le plus grand avantage est la capacité de maintenir l’environnement bâti pertinent et utile au fil du temps.
3. Façades cinétiques
Pendant la majeure partie de l’histoire, les concepteurs n’ont pu créer des façades intéressantes que par la matérialité ou l’ornementation. Cette situation a changé avec la révolution technologique. Les façades cinétiques sont des façades architecturales dont la structure change de manière dynamique. L’introduction de la mobilité transforme les bâtiments de monolithes statiques en structures en perpétuel mouvement. Les éléments cinétiques sont souvent des ajouts esthétiques et servent également à la protection de l’environnement.
Un exemple classique de façade cinétique étonnante est celui des tours Al Bahar à Abu Dhabi par Aedas Architects. Le bâtiment abrite une façade cinétique inspirée des moucharabiehs, qui se déplace en fonction des angles d’incidence solaire changeants tout au long de l’année.
Un autre exemple est le pavillon de l’Inde conçu par CP Kukreja Architects pour l’Expo 2020 à Dubaï. Le pavillon accueille une façade cinétique avec des éléments rotatifs qui devient une toile blanche pour raconter l’histoire du pays à travers différentes cultures.
🌟Avantages de l’architecture cinétique
Les bâtiments cinétiques présentent plusieurs avantages qui permettent aux architectes de développer des solutions réalistes pour des conditions humaines et environnementales dynamiques. Avec l’aide de l’architecture cinétique, les architectes peuvent produire des structures aux applications uniques et totalement inexplorées qui répondent aux activités dynamiques, flexibles et en constante évolution de leur contexte. Examinons quelques-uns des avantages de l’architecture cinétique.
Créer un climat intérieur optimal
L’utilisation d’une façade cinétique permet à l’enveloppe du bâtiment d’agir comme un modérateur de climat (chaleur et vent). La façade mobile permet au bâtiment de réagir aux conditions climatiques extérieures en fonction des besoins et de réduire la quantité d’énergie artificielle nécessaire pour assurer le confort intérieur.
Créer des enveloppes de bâtiment intelligentes
Les enveloppes de bâtiment intelligentes visent à développer des éléments rotatifs tels que des volets, des voiles, etc. pour interagir avec l’environnement extérieur. Ils réagissent à l’environnement en s’ouvrant et en se fermant progressivement, en fonction de la valeur mesurée de la lumière du jour, de la température, du vent ou de la fraîcheur de l’air.
Rendre les bâtiments statiques organiques
Les bâtiments statiques et fermés peuvent être rendus plus vivants et organiques grâce à l’architecture cinétique. Prenons l’exemple du Mercedes-Benz Stadium d’Atlanta, qui possède un gigantesque toit rétractable !
Réduction des coûts
Les façades cinétiques intelligentes contribuent à réduire la consommation d’énergie d’un bâtiment. Cela permet d’économiser l’argent dépensé pour les systèmes de chauffage et de refroidissement artificiels du bâtiment. Elles améliorent également la qualité de l’air intérieur et sont bénéfiques pour la santé des habitants.
🏠Mise en œuvre de l’architecture cinétique
Ces structures cinétiques ont l’air spectaculaires, mais comment ont-elles été rendues possibles ? Voyons comment l’architecture cinétique est possible avec l’aide de la BIM et de la conception computationnelle.
1. La technologie BIM
Pour intégrer correctement les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC), de contrôle des incendies et de l’éclairage des structures cinétiques, le BIM (dans le cas de la conception de structures cinétiques) se concentre principalement sur les services BIM MEP (mécanique, électricité et plomberie). Le BIM, en particulier Revit, devient crucial pour incorporer des façades mobiles dans la conception du bâtiment. Cela nécessite la création de familles Revit.
Les tours Al Bahr à Abu Dhabi en sont un bon exemple. Les panneaux en forme de parapluie qui s’ouvrent et se ferment tout au long de la journée en fonction des mouvements du soleil ne pouvaient pas être simplement fabriqués. Ils ont d’abord dû être créés et chargés dans le modèle BIM. Le modèle BIM a également permis de coordonner les flux de travail, en partageant de manière cohérente les informations avec toutes les parties prenantes.
2. Stratégie de conception computationnelle
Les systèmes cinétiques ont été utilisés par les architectes comme une approche qui intègre l’intelligence informatique pour créer des conceptions architecturales flexibles et adaptables. Les outils de conception informatique tels que Rhino et Grasshopper sont largement utilisés à cette fin.
Le projet conceptuel « Topotransegrity » de Robert Neumayr à l’IAAC en est un bon exemple. Ce projet étudie l’architecture des espaces publics sous l’angle des paradigmes réactifs et non passifs. Il vise à concevoir un espace public cinétiquement réactif qui s’adapte au volume de personnes utilisant la zone à un moment donné. Le projet d’architecture cinétique a été réalisé à l’aide des scripts Rhino et Grasshopper.
3. Approches logicielles de la performance
Outre les logiciels d’architecture tels que Rhino et Grasshopper, des plug-ins ou des scripts peuvent être ajoutés au logiciel pour concevoir et tester des composants cinétiques. C’est pourquoi les langages de programmation tels que Python sont extrêmement polyvalents. Ce langage est compatible avec Rhino et Grasshopper et fonctionne comme un plugin dans les deux cas.
Un bon exemple d’un tel projet est « Programmable Matter Based Simulations », un projet de doctorat de Nelson Montás Laracuente. Il s’agit d’une recherche sur un logiciel de conception d’architecture cinétique qui sera utilisé pour simuler le comportement des matériaux à mémoire de forme (en particulier les alliages de nickel et de titane et les copolymères multiblocs).
🌍Exemples de projets d’architecture cinétique
1. Institut du Monde Arabe
- Architectes : Jean Nouvel, Architecture-Studio, Pierre Soria et Gilbert Lezenes
- Lieu : Paris, France
- Type de bâtiment : Centre culturel
La façade du centre culturel est ornée de motifs moucharabiehs qui témoignent d’un lien évident avec la culture arabe traditionnelle. La façade est un mur-rideau revêtu de verre, derrière lequel se déplacent des motifs géométriques. La façade cinétique se compose de 240 ouvertures ou volets motorisés photosensibles qui s’ouvrent et se ferment automatiquement pour gérer la quantité de lumière et de chaleur qui pénètre dans la structure. Le bâtiment a remporté le prix Aga Khan d’architecture en 1989 et l’Equirre d’argent pour l’architecture française en 1987.
2. Centre financier du Bund
- Architecte : Foster & Partners, Heatherwick Studio
- Lieu : Shanghai, Chine Shanghai, Chine
- Type de bâtiment : projet de développement à usage mixte
Situé sur le front de mer de Shanghai, le Bund Finance Center occupe une superficie de 420 000 mètres carrés. Le centre se dresse comme un point de connexion entre la vieille ville et le nouveau quartier financier. La façade cinétique de la structure a été développée en collaboration avec des ingénieurs locaux de l’université de Tongji. La façade s’organise autour de trois pistes composées de couches de 675 « glands » individuels en alliage de magnésium de longueur variable. Au fur et à mesure que chaque piste se déplace indépendamment et que le voile tourne, les glands se chevauchent et produisent différents effets visuels et niveaux d’opacité.
3. Tours Al Bahar
- Architecte : Aedas Architects
- Localisation : Abu Dhabi, EAU
- Type de bâtiment : Complexe de bâtiments
Pour son projet Al Bahar Towers, Aedas Architects a conçu une façade réactive pour faire face aux conditions météorologiques extrêmes. La façade s’inspire également du « moucharabieh », un dispositif d’ombrage traditionnel islamique en treillis. La façade cinétique a été réalisée par l’équipe de conception informatique d’Aedas. Les panneaux de la façade simulent leur fonctionnement en réponse à l’exposition au soleil et aux changements d’angles d’incidence dans différentes conditions météorologiques. On estime que la façade cinétique réduira les apports solaires de plus de 50 % et diminuera les besoins en climatisation du bâtiment, qui consomment beaucoup d’énergie. Les tours ont reçu le prix de l’innovation 2012 du Council on Tall Buildings and Urban Habitat (Conseil des grands immeubles et de l’habitat urbain).
4. Pavillon One Ocean
- Architecte : SOMA Lima
- Emplacement : Yeosu-si, Corée du Sud
- Type de bâtiment : Pavillon thématique
The One Ocean est un pavillon thématique construit par SOMA Lima pour l’Expo 2012. Le bâtiment a été sélectionné comme premier prix d’un concours international ouvert en 2009. Le bâtiment est largement connu pour ses caractéristiques de poisson créées par un système de façade de pointe en polymères renforcés de fibres de verre (GFRP). La structure est capable de se transformer en motifs animés uniques. La façade cinétique a été construite en s’inspirant d’une étude menée à l’université ITKE de Stuttgart.
5. Musée d’art de Milwaukee
- Architecte : Santiago Calatrava
- Emplacement : Milwaukee, Wisconsin
- Type de bâtiment : Musée d’art
Le Milwaukee Art Museum, construit en 2001, visait à combiner la technologie avec la forte tradition artisanale de Milwaukee. Le pavillon a été conçu comme une entité indépendante et arbore une forme blanche d’acier et de béton rappelant un navire. Le pavillon est doté d’une étonnante structure cinétique : un brise-soleil à lamelles qui s’ouvre et se ferme comme les ailes d’un oiseau. Pour réaliser cette structure, les architectes ont eu recours à une technologie moderne de pointe.
🔮Perspectives d’avenir
Grâce aux progrès réalisés dans les domaines de la construction, de la technologie, de la robotique et de la mécanique, le champ d’application de l’architecture cinétique s’élargit de plus en plus. Examinons quelques-unes des futures inventions dans le domaine de l’architecture cinétique :
Des bâtiments multifonctionnels grâce à l’architecture cinétique
Imaginez un bâtiment permettant de créer des espaces dont la configuration se détermine rapidement et dans l’espace en fonction de leur fonction ! C’est désormais possible grâce au concept d’architecture cinétique. Ces bâtiments dynamiques sont connus sous le nom de « shape-shifters ». Un bon exemple de cette typologie est le Shed, conçu par Diller Scofidio + Renfro (DS+R) en 2019, qui intègre une enveloppe mobile. L’infrastructure est flexible en permanence pour un avenir inconnu et répond à la variabilité de l’échelle, des médias, de la technologie et des besoins évolutifs des artistes.
Incorporation de la technologie BIM pour la construction de l’architecture cinétique
L’architecture cinétique vise essentiellement à établir un dialogue entre les systèmes de construction et leurs utilisateurs. Les modèles BIM 3D intelligents offrent d’immenses possibilités pour les conceptions cinétiques – pour visualiser les ombres à différents moments de la journée lorsque la structure se déplace, pour comprendre la constructibilité de ces modèles dans le monde réel, pour coordonner les flux de travail, et bien d’autres choses encore !
Incorporation de la conception assistée par algorithme pour la construction de l’architecture cinétique
L’incorporation de la conception assistée par algorithme fournit un cadre pour un système cinétique complexe et variable. Des concepts qui ne peuvent être réalisés à l’aide d’outils et de méthodes traditionnels sont désormais possibles grâce à la conception informatique. Il reste cependant des possibilités de recherche à l’intersection des deux domaines de la conception informatique et de l’architecture cinétique.
