ReGrow Willow présente un système de matériaux hybrides innovant qui combine la résistance à la traction du saule et la résistance à la compression de la terre pour les applications architecturales.
Construction circulaire numérique avec des matériaux naturels
Ce processus de construction complet mis en avant par les professeurs de l’Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) exploite des processus de fabrication numérique sur mesure et des outils informatiques pour faire progresser la combinaison synergique des deux matériaux naturels. Adoptant un équipement de fabrication léger, mobile et adaptable et incarnant une philosophie à faible impact visant à réduire la consommation d’énergie et de matériaux, l’installation offre une alternative structurelle durable au béton armé.
Défendre une philosophie circulaire, le projet cherche en outre à intégrer des matériaux alternatifs et des systèmes en boucle fermée dans les pratiques de construction. Il présente un remède potentiel aux défis de l’épuisement des ressources et de la production de déchets, s’efforçant par conséquent de perturber le modèle économique linéaire conventionnel consistant à prendre, fabriquer et éliminer. De cette manière, les cycles de matériaux locaux peuvent être fermés grâce à une construction numérique sans déchets et entièrement circulaire.
L’Institut technologique de Karlsruhe propose un système hybride
S’appuyant sur des recherches antérieures menées par les professeurs de conception et de fabrication numériques (DDF) et de conception de structures (DOS) du KIT , ReGrow Willow introduit un flux de ressources innovant. Le saule, un matériau rapidement renouvelable, pousse jusqu’à deux mètres par an et se reconstitue chaque année après avoir été récolté grâce à des pratiques forestières à rotation courte.
Les processus de fabrication personnalisés permettent l’évolutivité et l’applicabilité de ces éléments de construction préfabriqués, tandis que les outils de conception numérique intégratifs gèrent les interdépendances entre la conception architecturale, les systèmes de matériaux, les performances structurelles et les processus de fabrication. D’une part, les composants qui en résultent sont spatialement complexes et nécessitent des technologies de conception et de fabrication avancées, mais d’autre part, leur matérialité et leur utilisation circulaire suivent des principes simples en termes de faible intensité énergétique et de possibilités de recyclage.
Les composants préfabriqués numériquement sont conçus pour être réutilisables grâce à des vissages simples et réversibles. Une fois atteintes la fin de leur cycle de vie, la terre, matériau qui conserve indéfiniment sa recyclabilité sans perte de valeur, peut simplement être lavée et réutilisée. Les tiges de saule et autres fibres naturelles renforcées peuvent être compostées et réintégrées dans le cycle biologique, afin que ces cycles de matériaux locaux puissent être clôturés grâce à une méthode de construction numérique sans déchets et entièrement circulaire.
Le coffrage de saule s’intègre à la terre
Construire avec des matériaux d’origine biologique comme le saule pose des défis en raison de leur variabilité inhérente. Par conséquent, le projet met l’accent sur la co-évolution du système matériel et du processus de fabrication. Un système de fabrication complet est développé, en commençant par une machine à deux axes capable d’extruder et de déposer des macrofibres continues fabriquées à partir de tiges de saule épissées en utilisant des techniques additives.
Le processus de fabrication permet la création de composants morphologiquement différenciés qui s’adaptent à la conception globale, intégrant un tissage adaptatif et un placement de matériaux en fonction des exigences locales et des performances structurelles. La terre est projetée dans des cellules sélectionnées à l’intérieur du coffrage en saule à l’aide d’une machine à plâtre modifiée qui utilise une extrusion pneumatique à haute pression. La géométrie du coffrage en saule permet une intégration transparente avec la terre, éliminant ainsi le besoin d’additifs ou d’adhésifs.
Regrow willow imagine l’avenir du bâti durable
Le démonstrateur de recherche ReGrow Willow au Bundesgartenschau (biennal de l’horticulture) à Mannheim, en Allemagne, démontre les possibilités des composants en terre de saule fabriqués numériquement. Pour illustrer une transition holistique vers la création d’un environnement bâti durable, il intègre également les concepts d’adaptation microclimatique et de récupération d’énergie locale. L’installation comprend 63 composants préfabriqués, avec des variations de poids qui proviennent de facteurs tels que les dimensions des composants, le taux de remplissage de terre et le mélange de terre spécifique utilisé.
Les composants intègrent un système de menuiserie pour les connexions entre composants et d’assemblage, permettant un processus d’assemblage rapide réalisé en trois étapes, chacune prenant deux jours. La structure intègre également des principes de conception pour le démontage grâce à des connexions réversibles, signifiant une évolution vers une architecture qui peut être facilement démontée pour une réutilisation potentielle de ses composants. Les flux de travail informatiques éclairent l’articulation et la distribution des matériaux, en donnant la priorité à l’efficacité des matériaux et aux performances structurelles, qui sont également évaluées par des tests physiques. En conséquence, un gradient de matériaux est obtenu, la terre étant principalement utilisée au niveau des fondations et le saule prédominant au sommet. Deux traitements de finition sont utilisés pour évaluer l’impact des intempéries, un défi important pour la construction en terre.
Le système de construction en terre de saule est actuellement développé sous la forme d’une dalle de sol en terre renforcée s’étendant horizontalement pour démontrer la pertinence pour l’évolutivité industrielle et son potentiel de réduction radicale des émissions de CO2 dans les applications architecturales à grande échelle. La première réalisation de cette dalle de sol sera présentée au Landesgartenschau 2024 (exposition sur l’horticulture) à Wangen im Allgäu (Autriche).
Concepteurs : Tenure-Track Prof. Moritz Dörstelmann : Chaire de conception et de fabrication numériques (DDF) ; Prof. Dr.-Ing. Professeur Riccardo La Magna : Professeur de Conception de Structures (dos) ; Département d’architecture, Institut de technologie de Karlsruhe (KIT)
Plus d’infos : Ddf-kit.de
Crédit Photos : Karlsruhe Institute of Technology
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