Explications des constructions courbes

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Palais Bulles (Antti Lovag) Photo Daëlle Le Boulicaut

Les constructions en pierre avec voûtes, coupoles et profusion d’ornements manifestaient dans beaucoup de pays le symbolisme de la voûte céleste et l’omniprésence de la religion dans la société. La liberté moderne des formes en voile de béton se justifie d’abord par le plaisir des courbes et par l’adaptation à l’usage.

«Toutes les formes courbes sont belles en architecture», disent certains. Peut-être. A l’origine du choix, il y a presque toujours, à notre époque, le désir de retrouver le plaisir ressenti à la contemplation des courbes des constructions anciennes ou celles que l’on trouve dans la nature.

 Souvenir de l’espace fœtal

On peut aussi expliquer la fascination pour les courbes par la réminiscence de l’espace fœtal.

«L’englobement est la situation initiale du vivant humain. Celui-ci prend son départ dans une matrice, qui, soit par elle-même, soit par l’intermédiaire du liquide amniotique, établit un contact continu et fermé autour du fœtus. Paradis perdu, la matrice offre au désir son terme permanent. Sans doute, la maturation et l’éducation entraîneront des ouvertures et des distances, mais Hegel et Freud nous ont convaincus que celles-ci ne sauraient briser le lien premier.

«Cette qualité enveloppante de l’espace humain suscite, dans les sociétés, une fonction spéciale : l’architecture.

«Celle-ci ne se propose pas uniquement de créer un vêtement agrandi (la matrice n’est pas un vêtement), mais un milieu où l’individu puisse se mouvoir en demeurant sans cesse chez lui, ce qui n’est guère le cas du vêtement. Somme toute, il s’agit, en passant du sein maternel au berceau, à la chambre, à la maison, au quartier, à la ville, à la région, que le vivant continue d’exister dans un englobement sans faille. (…) Semblablement, Paul Virilio voit dans l’architecture cryptique des grottes, des temples hypogées, du labyrinthe crétois, des tumuli étrusques, voire des bunkers allemands du Mur de l’Atlantique un fantasme inspirateur de tout architecte.

«Les constructeurs rationalistes en témoignent à leur manière lorsqu’ils cultivent les formes (orthogonales) et les proportions simples, les thèmes fixes, les correspondances sensibles entre les mesures du bâtiment et les mesures de l’homme (Modulor statique de Le Corbusier, module du geste de Nelson, module de déambulation de Mies van der Rohe): en sus des prestiges mathématiques, ou plutôt par eux, ils visent à ce que l’habitant sente, où qu’il se tourne, qu’à côté et derrière lui c’est le même univers qui continue. Comme tout vivant, l’être humain veut un contact qui le cerne de toutes parts, et d’autant plus sans doute qu’il est un mammifère à fœtalisation prolongée.» (Henri Van Lier)

«La naissance est un arrachement à l’unité. L’enfant est si bien au sein de sa mère qu’il ne souhaite en rien en sortir, et, qu’à peine sorti, il la recherche désespérément.» (Olivier Marc)

Les visiteurs des maisons bulles éprouvent d’emblée un sentiment de bien-être. Les courbes multiples — voûtes, coupoles, ouvertures rondes ou ovales — expliquent sans doute cette impression. Leurs rondeurs expriment par leurs ressemblances biologiques une douceur absente de nos maisons traditionnelles.

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Salon surmonté d’une mezzanine-hamac annexe du salon et à fonction acoustique, pour éviter la concentration des sons de la coque sphérique. Villa à Théoules-sur-Mer (Antti Lovag)

«Une sphère ne nous enferme pas comme un cube, elle matérialise notre bulle, notre moi; tandis que le cube formé de plans faisant opposition à nos axes dynamiques, nous limite, nous enferme réellement. Il s’agit donc de deux espaces différents: l’un visuel (orthogonal) produit par une civilisation qui privilégie le sens de la vue, l’autre plus tactile (courbe).» (Jean Cousin)

Pour Marshal Mc Luhan, il y a eu des périodes où le visuel n’était pas détaché des autres sens: à l’époque médiéval et encore de nos jours chez certains, le visuel est relié à l’acoustique et au tactile.

Les formes dans la nature

Les sciences de la nature font prendre conscience du caractère artificiel des formes orthogonales. Mis à part certains cristaux, on ne trouve pas de formes à angles droit, pas plus chez les êtres vivants que dans l’univers minéral.

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Noyaux d’atome.

«Les électrons, les planètes, les satellites, les étoiles, les galaxies et les nébuleuses ne connaissent pas la ligne droite, il n’est que trajectoire courbes dans l’univers. Quant au monde vivant, ce sont justement les courbes qui font sa beauté. La droite et le plan qui lui est associé n’existent qu’à l’état de rareté naturelle: arêtes des cristaux, rayons du soleil derrière les nuages, araignée au bout de son fil. Cette puissante notion intuitive de la ligne droite, codifiée par les géomètres grecs, n’a été réalisée à bonne échelle qu’à partir de l’ère industrielle. On sait aujourd’hui faire des règles ayant des dizaines de mètres qui, si on pouvait les poser à la surface d’un étang, révèleraient tout de suite que le plan d’eau n’est pas un plan, mais une portion de sphère.» (Renaud de la Taille)

Quand on évoque les phénomènes physiques, il faut rappeler l’œuvre du mathématicien Pierre-Louis Moreau de Maupertuis («Mathématiques et formes optimales, l’explication des structures naturelles» par Stefan Hildebrandt et Anthony Tromba (Belin).) qui a exposé en 1744 son grand système universel qui prit le nom de «Loi de moindre action». D’après ce principe, la nature agit toujours aussi économiquement que possible. De cette idée Maupertuis déduisit son principe général : «Si un changement se produit dans la nature, la quantité d’action nécessaire pour l’accomplir doit être la plus petite possible.» Ces affirmations sont bien sûr à nuancer, compte tenu des connaissances scientifiques de l’époque. En biologie, par exemple, la génétique complique le problème. L’adaptation d’un être vivant à son milieu est un phénomène complexe avec de nombreuses interactions.

Bulles de savon

Le principe de moindre action est illustré par les surfaces minimales qui passionnent depuis longtemps les mathématiciens. L’exemple est fourni par les films de savon qui ont une aire minimale. Ces formes merveilleuses des bulles de savon et leurs modèles mathématiques démontrent de façon spectaculaire l’action d’un principe de minimum. On peut les considérer comme une sorte d’exemple pour des formes en architecture.

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Série de sept bulles de savon accolées.

Certaines surfaces minimales sont particulièrement intéressantes. De tout temps, on a considéré que le cercle et la sphère étaient les figures géométriques parfaites. Le philosophe grec Proclus (Ve siècle avant J.C.) écrivait : «Le cercle est la première, la plus simple, et la plus parfaite de toutes les figures.» La symétrie parfaite du cercle et sa remarquable propriété isopérimétrique justifient cette affirmation. Didon avait déjà découvert que le cercle est la courbe d’aire maximale pour un périmètre donné. C’est une surface définie par une seule dimension, le rayon.

C’est Jacob Steiner qui proposa en 1836 la démonstration de ce théorème : «Parmi toutes les figures planes de même superficie, le disque est celle dont le périmètre est minimal.»

Ce théorème explique aussi pourquoi à la surface d’un bouillon, les gouttes d’huile sont rondes et non triangulaires ou hexagonales. Les forces moléculaires façonnent en effet une figure de périmètre minimal — c’est à dire d’énergie potentielle minimale pour la quantité d’huile donnée — c’est donc un disque. Si deux gouttes se rencontrent, elles s’agglutinent rapidement pour former un seul disque de plus grande taille.

On ne sera pas surpris que le disque ait d’autres propriétés optimales, par exemple d’être parmi toutes les figures planes, celle qui peut servir de base au plus gros tas de sable.

La bulle de savon illustre le principe de Bernoulli sur le travail virtuel. Celui-ci affirme que l’équilibre est stable lorsque l’énergie potentielle est à un minimum. Une bulle contient une certaine quantité d’air, enfermée par une surface minimale: le film de savon. Cette propriété physique illustre le théorème d’après lequel «parmi tous les solides d’un volume prédéterminé, la boule a la surface d’aire minimale. Elle généralise à l’espace la propriété isopérimétrique du cercle dans le plan» définie par une dimension, le rayon.

De même, des gouttes d’huile en suspension dans un liquide de même densité (ou quasiment soustraites, dans l’espace, aux forces de gravité) forment des boules parfaites. Ce fait peut être vérifié expérimentalement et le théorème correspondant a été démontré de façon rigoureuse. D’oû la propriété maximale suivante: «Parmi tous les solides de superficie donnée, la boule est celui dont le volume est le plus grand.»

Un arrangement hexagonal (nids d’abeille) peut résulter de causes diverses. La configuration d’aire minimale peut naître sous l’action de forces très différentes, telles que par exemple une pression uniforme ou une tension superficielle. L’observation d’une configuration ne permet donc pas de déduire quelles forces l’ont engendrée.

Autre sujet de recherches, quelle est l’origine des formes des êtres vivants ? Cette question ouvre sur un vaste champ d’investigation. Une discipline récente en biologie s’efforce de comprendre le processus de création des formes: la morphogenèse. Le même type d’études peut concerner aussi le monde physique.

Hyper-résistantes, antisismiques et… aérodynamiques

On sait que la résistance d’une structure dépend, non seulement de la matière, mais aussi des formes. Les volumes à simple courbure (le cylindre, par exemple) et à double courbure (la sphère, parmi d’autres) ont des propriétés de résistance mécanique et de stabilité bien supérieures à celles d’autres volumes. Avec la même quantité de matière, ces formes courbes permettent d’obtenir une résistance bien supérieure à d’autres formes. C’est ce que l’on appelle une «résistance de forme».

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Comparaisons entre formes à angles droits et portion de sphère.(Joël Unal)

Parmi les exemples de formes étonnamment résistantes que l’on trouve dans la nature: «l’oeuf, la fleur, le crustacé, le coquillage, la bulle de savon, la toile d’araignée» (Michel Ragon). L’exemple le plus souvent cité est bien sûr celui de l’œuf dont la coquille est d’une très grande solidité malgré sa minceur.

Les habitations en coque illustrent elles aussi cette prodigieuse résistance dûe aux formes. C’est une justification supplémentaire d’emploi des courbes. Leurs performances mécaniques permettent de réduire la quantité de matière sans nuire à la résistance de la construction. En outre, leurs formes autostables leur confèrent une résistance sans égale aux secousses sismiques.

Les formes extérieures d’une coque offrent moins de prise au vent. Un volume cubique ou parallélépipèdique subit de fortes pressions à cause des formes, alors qu’il est moins résistant. Aux U.S.A, certains recommandent les constructions courbes en voile de béton dans les zones soumises aux passage des ouragans.

A l’intérieur d’une habitation en portion de sphère, le chauffage est plus efficace. L’absence de recoin facilite la répartition de l’air chaud. En outre, le volume réduit en partie haute diminue le volume à chauffer.

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La dilatation des matériaux, selon les variations de température, suit les lignes de forme. Une pièce droite se dilate en ligne droite essentiellement. Une coque se dilate dans des directions multiples, comme un ballon qui gonfle et dégonfle, mais peu en ligne droite.

Les ouvertures, (portes, fenêtres, passage entre coques) sont maintenant circulaires ou ovales. Ce n’est pas seulement pour l’harmonie des formes, mais pour une raison technique. Une coque à double ou simple courbure ne réagit pas comme une paroi plane dont les variations dimensionnelles sont linéaires. La coque se dilate en suivant les lignes de courbure, comme un ballon dans le cas d’une forme sphérique. Un élément droit que l’on y intègre s’allonge dans un sens différent et peut se désolidariser de la forme courbe. Il est donc recommandé d’éviter l’association des droites et des courbes, surtout en cas de matériaux à réaction très différente , en particulier à l’extérieur ou les variations de température sont les plus importantes. Le scellement des encadrements d’ouverture se fera, pour le voile de béton, en évitant les pièces métalliques droites et  en utilisant des fils de fer de 4 mm de section, soudés sur le cadre et entourés autour du ferraillage de la coque, toujours pour éviter les variations dimensionnelles dûes aux changements thermiques et leurs conséquences, les micro-fissures. Il est aussi possible de visser l’encadrement circulaire sur la maçonnerie avec un joint d’étanchéité. Les ouvertures carrées ou rectangulaires ne sont pas recommandées.

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Les encadrements  de fenêtre (procédés Antti Lovag) sont en profilés inox, ce qui évite toute nécessité d’entretien ultérieur. Voici les fournitures en inox de base (dimensions en mm) :
• cornières 30 x 30 x 3;
• U 30 x 50 x 30 x 3;
• plat 40 x 5;
• plat 50 x 6 (raidisseurs de portes en polyester);
• tubes inox non soudés finis à froid pour réaliser les charnières de fenêtres:
Ø extérieur 21,3 x 2,6 (servant d’axe);
Ø extérieur 26,9 x 2,6. 

(Voir Habitat n°23 pages 32 et 33.)

volet-3-photosDans une chambre avec skydome, un volet est nécessaire pour faire l’obscurité. Voir les 3 photos ci-dessus de celui qui est installé à Fontaines-sur-Saône : volet ouvert, entrouvert et fermé (avec flash). Il est manœuvré quotidiennement depuis 25 ans. La canne avec crochet et manivelle qui sert à l’ouverture du skydome permet aussi d’actionner le volet. La glissière sur laquelle coulisse le volet en contreplaqué mince est un U en aluminium cintré et vissé sur la maçonnerie. L’intérêt des skydomes est connu : lumière sans ombre latérale, beaucoup plus intense qu’avec une fenêtre ordinaire, ventilation quasi instantanée d’une pièce et isolation thermique acceptable avec un double vitrage.

Adaptation à l’usage

Une habitation copiée directement sur les surfaces minimales ou les formes d’êtres vivants peut être esthétique, mais elle n’est pas nécessairement adaptée aux besoins des habitants. On comprend que les étiquettes d’architecture «organique», «bio-architecture» ou «bio-mimétique» ne puissent pas toujours convenir aux architectes à qui on les attribue, même quand ils ont trouvé de l’inspiration au spectacle de la nature.

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En noir, tracé des circulations dans une habitation en courbes (Antti Lovag): toujours des courbes, même dans une maison à angles droits.

Les formes à angles droits sont une invention humaine, mais cela ne permet pas de dire qu’elles ne conviennent guère pour une habitation. C’est plus simple: «Notre corps est constitué de courbes. Nos gestes et nos déplacements tracent des courbes. Quand on marche, au niveau des pieds, on a besoin de peu d’espace au sol. C’est à hauteur des bras qu’on a besoin de plus d’espace. Moins au dessus des épaules. L’usage détermine la forme pour de nombreux ustensiles : assiettes, bols, verres, bouteilles, tonneaux, etc… Pourquoi pas pour nos habitations ?» (Antti Lovag).

Dans des courbes bien adaptées, il y a, par conséquent, une meilleure économie des gestes et des déplacements. Le tracé de circulation des habitants à l’intérieur d’une maison, qu’elle soit de formes courbes ou orthogonales, est sans ambiguïté, on n’y discerne que des courbes. Les volumes anguleux, outre le risque de se heurter aux angles saillants, entraînent des détours.

Pour concevoir un habitat, la première démarche va consister en une recherche méthodique de l’ensemble des données de l’environnement et des nécessités des habitants afin de tirer parti des avantages des formes réalisables.

Une habitation en portion de sphère permet d’orienter les ouvertures (portes et fenêtres) dans la plupart des directions. On ne subit plus la contrainte des murs plats qui imposent certaines directions. On peut orienter la fenêtre en fonction de l’ensoleillement, selon les saisons et selon l’usage de la pièce (cuisine, chambre, bureau, etc…), en fonction aussi de l’agrément de vue vers l’extérieur et des souhaits de ventilation. (Antti Lovag)

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A travers les ouvertures d’une paroi droite, vision et flux lumineux sont répétitifs et monotones. Ils sont changeants et dynamiques avec des parois courbes. (Pierre Roche)

Il convient de tenir compte de l’avantage d’une ouverture vers le ciel (skydome) qui laisse passer «cinq fois plus de lumière». Elle doit cependant être ouvrable afin d’évacuer l’effet de serre pendant les fortes chaleurs. Elle offre aussi l’avantage de ventiler une pièce beaucoup plus rapidement et plus complètement qu’une ouverture basse. Son équipement d’un volet ou d’un disque rideau permettra de supprimer l’entrée du soleil ou de la lumière pour une chambre.

Le choix du mobilier et des espaces de circulation, en fonction du nombre d’habitants et des usages souhaités déterminera les formes, les dimensions et le nombre de bulles, leur assemblage et leur implantation sur le terrain.

Mobilier fonctionnel

Les meubles intégrés à la construction constituent l‘équipement principal de l’habitation. Ils doivent offrir la meilleure adéquation possible à l’usage, en économisant les gestes et les déplacements. Ils pourront comporter des éléments mobiles pour une plus grande variété et commodité d’usages. Des tablettes d’une quarantaine de centimètres de hauteur à la périphérie des coques offrent le double avantage de servir d’assise occasionnelle et de permettre de poser commodément des objets. On trouve leur origine dans des constructions très anciennes, notamment dans les pays nordiques. Leurs parois latérales seront alignées sur le rayon de la surface circulaire de la pièce, par commodité et afin d’éviter l’impression de désordre agressif des lignes. Ce sera aussi le cas des meubles avec des parois latérales droites

La logique des formes conduit à rechercher les meubles les plus adaptés à la fonction. Une longue table rectangulaire (outre l’inconvénient évident des angles) ne favorise pas la conversation au delà de quelques convives. Une table ronde équipée d’un plateau central tournant, analogue à ceux que l’on trouve en Chine, facilite la convivialité et le service de chacun dans les plats de nourriture.

Dans un salon, la disposition des fauteuils en cercle permet les échanges de groupe. L’éloignement des personnes ne doit pas dépasser environ trois mètres afin d’éviter d’avoir à élever la voix pour se faire entendre (Antti Lovag).

Caractéristiques psychosensorielles méconnues

Compte tenu de la rareté des maisons bulles, peu de personnes en connaissent les caractéristiques spéciales par un vécu quotidien. C’est une expérience largement méconnue.

Des volumes courbes ont des propriétés très particulières:

• Les perspectives intérieures curvilignes sont dépourvues des repères habituels à angles droits, de dimensions et d’orientation, ce qui crée une impression d’ampleur indéfinissable. Elles suscitent une sensation permanente d’espace. Lors des premières visites, une perte d’orientation est ressentie en circulant à l’intérieur.

• Chaque déplacement dans des volumes à courbes multiples entraîne une modification de perspective beaucoup plus sensible, ce qui donne une impression de variété inépuisable. Le séjour à l’intérieur est sans monotonie; ceux qui y vivent n’ont pas envie de sortir sans raison: ils ne se sentent pas enfermés dans ce volume d’aspects aussi divers.

• La lumière en éclairant une courbe produit un «dégradé» dont la progressivité évoque naturellement la douceur; la concavité ainsi révélée suscite une impression d’accueil et de confort. Un volume extérieur convexe crée d’ailleurs une impression analogue: il appelle la caresse. Alors qu’un mur plat reçoit uniformément la lumière, ce qui accuse l’inhospitalité de l’à-plat et l’agressivité des angles.

Ces diverses particularités créent une ambiance extrêmement différente de celle d’un volume orthogonal. C’est en particulier le cas lorsque l’habitation est constituée de plusieurs portions de sphère communicant entre elles par des ouvertures. Une simple visite ne permet généralement pas d’en prendre conscience autrement que d’une manière confuse. Il s’agit là pourtant des caractéristiques qui expliquent pour une large part l’attachement des habitants à ces maisons.

Architecture de l’écologie 

En résumé, compte tenu des formes que l’on trouve dans la nature, de l’étude des surfaces minimales, des formes les plus résistantes, économiques en matériaux et de l’adaptation à l’usage, on peut en conclure que s’il y a une architecture de l’écologie, c’est bien celle des courbes. Cela suppose évidemment que ces formes qui s’harmonisent si bien avec le milieu naturel soient aussi constituées de matières qui ne dégradent pas l’environnement. On sait qu’il faut éviter la pollution chimique des sols, de l’eau et de l’air, ainsi que réduire la production des gaz à effet de serre. Ce sera certainement réalisable pour ce genre de construction, comme dans beaucoup d’autres domaines, car il n’est pas possible de rester à l’écart de ces problèmes.

Les solutions écologiques passeront rarement par un retour aux formes et aux matériaux du passé. Il n’y a pas de marche arrière dans l’évolution des sciences. Mais des choix sont possibles, en dehors des sciences fondamentales dont l’orientation doit rester libre. Dans l’application des technologies, les changements de direction sont nécessaires. Cela passe par une réorientation de l’industrie et de nouveaux développements. Le pouvoir politique, sous l’influence des citoyens, doit avoir un rôle d’incitation forte, car les mécanismes économiques ne prennent pas suffisamment en compte ce type de changements.

Utopie ou réalité

Les construction en courbes sont peu nombreuses. Leur géométrie spéciale nécessite des solutions techniques très différentes des constructions à angles droits. Faut-il pour autant les qualifier d’architecture utopique, dans le sens d’irréaliste ou toujours en projet? C’est bien sûr méconnaître ce qui existe. Si le mot utopique fait référence au royaume d’Utopia et à un avenir plus ou moins futuriste d’une société de rêve, le qualificatif n’est pas très approprié. Depuis une vingtaine d’années, des maisons très élaborées ont été construites et on peut maintenant en apprécier les avantages. On n’est plus dans le rêve, c’est une réalité quotidienne pour ceux qui y vivent. Nous présentons ici des habitations réussies et nous sommes persuadés que ceux qui souhaitent en construire peuvent raisonnablement s’engager dans ce type de projets.

L’innovation doit néanmoins se poursuivre dans les domaines techniques, en particulier en ce qui concerne les matériaux et les procédés de mise en œuvre. Les outils informatiques déjà présents n’ont pas encore produit tous les changements dont ils sont porteurs. L’habitat de demain sera bien différent de celui que nous connaissons couramment aujourd’hui. On sait que l’avenir échappe presque toujours aux prévisions. Il est néanmoins en germe dans le présent.

C.R.

Voir

Une réflexion sur “ Explications des constructions courbes ”

  1. Ce type de conception est passionnant et se fond parfaitement dans la nature. Soucieuse de l’ecologie et proche de la nature J’adore et je rêve de pouvoir habiter ce style de maison.

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