Place Alta Vista, conception paramétrique de plaques d'acier avec Grasshopper. Parametric design with Grasshopper of the steel plates of a pergola.

Nom du projet

Place Alta Vista

Les critères de design imposés par la ville envisageaient la réalisation d’un projet exemplaire ayant une identité forte. La Place Alta Vista deviendrait le point focal du nouveau quartier écoresponsable Alta Vista, et se devait donc d’être innovatrice et marquante. À cette fin, Latéral a développé une pergola aux dimensions architecturales innovantes et impressionnantes.

La définition d’une pergola
Le point de départ du projet a été de définir la fonction d’une pergola.
Traditionnellement, une pergola est un objet esthétique aux formes élancées. Les points d’appui servent souvent de support à des plantes grimpantes. Le tablier est souvent ajouré pour partiellement ombrager le sol. Étant extérieure sans protection contre les intempéries, une pergola se doit d’être à l’épreuve du temps.
Afin de conserver le langage architectural d’une pergola, conjointement avec les designers, nous avons préconisé une forme organique annulaire, sur des colonnes minces. La partie tablier est voulue très mince et ajourée d’une façon innovatrice et intéressante.

Le tablier ajouré

Lors de la conception du tablier ajouré de la pergola, Latéral y a vu une opportunité de préconiser une conception et une fabrication numérique, hautement optimisée et automatisée.

Plusieurs contraintes nous ont dirigés vers la forme finale du tablier :

Minceur du tablier afin de donner l’impression d’une feuille de papier supportée sur des colonnes minces. À la plus longue portée entre les colonnes, le ratio de la portée divisée par la hauteur de la structure (L/h) est de 115 (extrêmement mince). Un ratio plus conventionnel est plutôt de l’ordre de 15 à 25.

Patron ajouré d’une façon intéressante et organique. Un patron ajouré basé sur la forme des cellules des plantes à été choisi.

Charges sismiques : la quantité d’ouvertures dans le tablier doit atteindre
17% afin de limiter les charges sismiques sur les colonnes et les fondations (la charge sismique étant la masse fois l’accélération). Ceci correspond à la limite de capacité des colonnes.

Fléchissements : Le patron ajouré devra assurer qu’aucun fléchissement du tablier ne soit perceptible à l’oeil nu sous son poids propre et sous charge de neige.

Conception optimisée : une conception paramétrique du patron ajouré nous a permis d’optimiser la densité des percements dans le tablier en fonction des contraintes de structure et des fléchissements. Cette conception a été réalisée de pair avec le logiciel d’analyse par éléments finis ROBOT et le logiciel de conception paramétrique GRASSHOPPER.

Fabrication numérique : nous avons voulu mettre de l’avant les avances récentes en fabrication numérique – découpe au plasma HD et CNC grand format. Aucune soudure n’est requise pour la fabrication du tablier.

La place Alta Vista étant à vocation écologique avec une verdure abondante, nous avons développé une forme ajourée évocatrice de la nature, et plus particulièrement, des cellules des plantes. À cette fin, une forme géométrique basée sur les diagrammes de Voronoi a été utilisée. Cette forme se retrouve dans la nature (ailes d’insectes, pelage d’une girafe, lit de rivière à sec, bulles de savon).

Le patron ajouré : le diagramme de Voronoi

En mathématiques, un diagramme de Voronoï est un découpage du plan (pavage) en cellules à partir d’un ensemble discret de points appelés « germes ». Chaque cellule enferme un seul germe, et forme l’ensemble des points du plan plus proches de ce germe que de tous les autres. La cellule représente en quelque sorte la « zone d’influence » du germe. (référence : Wikipédia)

Cette forme mathématique nous permet donc de tracer un réseau de lignes à partir d’un nuage aléatoire de points. Ce réseau de lignes est par définition optimal.

 

Projet lauréat du Prix d’Excellence de l’Institut Canadien de la Construction en Acier 2016.

 

 C’est quoi la conception paramétrique ?

Une conception dite paramétrique permet de créer un modèle à partir duquel plusieurs paramètres peuvent être modifiés. Ce modèle est créé à partir de liens entre des actions afin d’aboutir à un algorithme permettant de modifier la relation entre ces actions. Lorsqu’un des paramètres de l’algorithme est changé, des nouvelles possibilités sont générées automatiquement.

Quels sont ces paramètres qui peuvent être changés ?

On peut penser à modifier l’angle entre des membrures ou entre des surfaces. On peut imaginer changer la façon dont une plaque est ajourée. La longueur et la courbure de segments peuvent être transformées. L’épaisseur ou la densité peut se transformer de façon organique et continue.

C’est quoi la relation avec l’ingénierie de structure ?

En structure, nous avons l’habitude d’optimiser le type de membrure en fonction des efforts. Ce type de conception paramétrique est bien connu et fait partie de notre quotidien. Cependant, l’optimisation des géométries, des densités et l’optimisation des formes sont peu exploitées par les ingénieurs en structure. C’est cet aspect de la conception paramétrique que les ingénieurs chez Latéral tentent de développer et de mieux comprendre.

Le lien entre la conception paramétrique et la pergola :

Un patron ajouré basé sur le diagramme de Voronoi allège la structure et projette des ombres organiques au sol. La densité, la taille et la forme des ouvertures dans les plaques ont été conçues paramétriquement en fonction des efforts et des contraintes dans les plaques. Ce lien entre l’algorithme qui crée le patron ajouré, et le calcul structurel des contraintes dans les plaques est au coeur du concept.

Le logiciel spécialisé GRASSHOPPER a été utilisé pour réaliser une conception paramétrique du patron ajouré.

 

Innovation

Un des aspects très innovateurs de ce projet est le lien direct entre le calcul de structure et la conception paramétrique.

Tout d’abord, la forme annulaire du tablier sans percements a été analysée en créant un modèle par éléments finis. Ce modèle nous a permis de déterminer les fléchissements sous poids propre à chaque point du tablier.

Ces valeurs de fléchissement nous ont permis de modifier les paramètres lors de la conception paramétrique dans GRASSHOPPER.

Les zones flexibles du tablier ont pu être exagérées, atténuées ou inversées pour influencer la forme et la densité des percements.

Une fois le patron ajouré du tablier finalisé, une deuxième analyse par éléments finis a été réalisée. Ce modèle plus détaillé à permis de vérifier les contraintes dans les plaques, les fléchissements sous poids propre et sous charge de neige, et a permis de calculer les différents assemblages mécaniques requis.

Les bulles de savon : source d'inspiration pour le patron ajouré du tablier de la pergola
L'algorithme de conception paramétrique développé par Latéral avec le logiciel Grasshopper
Effet de variation d'un des paramètres de la conception paramétrique

Direction artistique, concept, structure et conception paramétrique de la pergola

  • Latéral

Architecte paysagiste

Ingénieur civil

Ingénieur en électricité