Morphogenèse des structures courbes sous contrainte de fabrication

Curved structural envelopes combine mechanical efficiency, architectural potential and a wide design space to fulfill functional and environment goals. The main barrier to their use is complexity of manufacturing, assembly and design. Significant progress has been made recently in the field of architectural geometry to tackle this issue, but many challenges remain. In particular, the following problem is recurrent in a designer’s perspective: Given a constructive system, what are the possible shapes, and how to reach them in an intuitive fashion? This thesis presents a panorama of morphogenesis methods under fabrication constraints. It then introduces four new methods to generate families of surfaces with particular geometrical properties which can significantly simplify the manufacturing of curved structures. Most common typologies are considered: gridshells, plated shells, membranes and funicular vaults. A particular attention is devoted to how surfaces are controlled in order to guaranty an intuitive generation. Two of the proposed families allow to design novel structural systems, while the two others combine fabrication properties with inherent mechanical efficiency. Results are demonstrated in the construction of two pavilionsLes structures à double courbure allient performance mécanique et expressivité architecturale. Elles offrent également de vastes possibilités formelles permettant dans un projet d’atteindre à la fois des critères fonctionnels et environnementaux. Le principal obstacle à leur utilisation est la complexité qu’elles engendrent, tant d’un point de vue de la fabrication et de la mise en place que de la conception. D’importants progrès ont été accomplis récemment sur cet aspect par le récent domaine de la géométrie architecturale. Cependant, il reste de nombreux défis. En particulier, d’un point de vue d’un concepteur, le problème suivant revient régulièrement : quelles formes sont réalisables avec un système constructif donné ? Comment atteindre ces formes de façon intuitive ? Cette thèse commence par présenter un panorama des méthodes de morphogenèse sous contrainte de fabrication. Puis, quatre nouvelles méthodes de génération de forme sont introduites. Elles permettent chacune d’obtenir des propriétés constructives simplifiant les procédés de fabrication. Les principales typologies de structures courbes sont considérées: gridshells, membranes tendues, voutes maçonnées, et coques discrètes. Une attention particulière est accordée à la façon dont les formes sont contrôlées, afin de garantir une génération intuitive. Parmi ces méthodes, deux permettent de concevoir de nouveaux systèmes structurels, et deux autres permettent de combiner propriétés mécaniques et efficacité mécanique. Leur potentiel est démontré par la construction de deux pavillon