Construire plus léger - exploiter plus efficacement

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L’unité HiLo trône sur la plateforme supérieure du bâtiment de recherche e

L’unité HiLo trône sur la plateforme supérieure du bâtiment de recherche et d’innovation NEST sur le campus de l’Empa à Dübendorf, en Suisse. Photo: Roman Keller

Il impressionne par son toit en béton filigrane et incurvé et par sa technologie de bâtiment auto-apprenante : c’est la dernière structure du bâtiment de recherche NEST de l’Empa et de l’Eawag à Dübendorf. Cette unité innovante, riche en recherches de l’ETH Zurich, a officiellement ouvert ses portes aujourd’hui.

Dans la dernière unité NEST appelée HiLo, les principes de construction du Moyen-Âge rencontrent les méthodes de construction de l’avenir : le module de bâtiment de deux étages avec son toit en béton à double courbure a été planifié et construit selon les méthodes de conception et de fabrication les plus modernes. Pour ce plafond voûté léger et innovant, les chercheurs de l’ETH Zurich se sont inspirés notamment des anciens bâtisseurs de cathédrales qui avaient compris comment créer des structures autoportantes. L’équipe de scientifiques dirigée par Philippe Block, professeur d’architecture et d’ingénierie structurelle, et Arno Schlüter, professeur d’architecture et de systèmes de bâtiment, ainsi que des partenaires industriels, veulent utiliser le bâtiment pour tester des méthodes de construction légère et les combiner avec des systèmes de bâtiment intelligents et adaptatifs.

Le toit à double courbure, qui tire sa capacité de charge de sa géométrie et de sa structure à double coque, est particulièrement remarquable. Il se compose de deux couches de béton reliées par une grille de nervures en béton et d’ancrages en acier. Il a été construit à l’aide d’un coffrage flexible composé d’un filet de câbles tendus et d’une membrane sur laquelle le béton a été projeté. Cette méthode de construction permet d’économiser de grandes quantités de béton et de matériel de coffrage.

En particulier pour les étages intermédiaires de l’unité à deux niveaux, les chercheurs se sont fixé pour objectif d’utiliser le moins de matériaux possible. La construction légère du plafond HiLo permet d’économiser plus de 70 % de matériaux par rapport aux plafonds en béton traditionnels. Cette économie est obtenue grâce à la géométrie intelligente des plafonds : La voûte avec nervures de raidissement confère aux plafonds minces leur capacité de charge. Les méthodes de fabrication numérique utilisées permettent d’intégrer la ventilation, le refroidissement et le chauffage à basse température dans le plafond voûté nervuré, ce qui permet d’économiser davantage de matériaux et de volume.

Une façade solaire adaptative développée par le groupe d’Arno Schlüter est également utilisée dans l’unité HiLo. Il s’agit de 30 modules photovoltaïques qui peuvent s’aligner sur le soleil. Les modules flexibles peuvent également être utilisés pour contrôler l’incidence de la lumière du soleil dans la pièce afin de chauffer passivement ou - au contraire - de réduire le besoin en chauffage.

La façade solaire adaptative fait partie d’une série d’éléments technologiques de construction innovants destinés à réguler efficacement le climat intérieur. Pendant le fonctionnement, les chercheurs optimisent en permanence l’interaction des différentes technologies avec la participation des utilisateurs, en utilisant l’"apprentissage automatique", afin d’étudier comment obtenir des conditions intérieures confortables avec le moins d’énergie et d’émissions possible.

HiLo est l’acronyme de "High Performance - Low Emissions" (hautes performances - faibles émissions) : avec cette unité, les chercheurs testent comment la construction et l’exploitation des bâtiments peuvent être conçues pour être aussi efficaces que possible en termes d’énergie et de ressources, tout en garantissant une architecture attrayante et un niveau élevé de confort pour les utilisateurs.

HiLo est maintenant le huitième module du bâtiment expérimental NEST sur le campus des deux institutions de recherche Empa et Eawag à Dübendorf. Dans le bâtiment modulaire de recherche et d’innovation, les scientifiques peuvent collaborer avec des partenaires industriels pour tester et poursuivre le développement de nouvelles technologies de construction et d’énergie dans des modules de construction temporaires - appelés unités - dans des conditions réelles.

L’espace de bureaux du côté est avec une vue de la façade solaire adaptative et la vue de la partie inférieure du plancher léger. Photo: Roman Keller

Vue derrière le mur : l’unité HiLo est connectée au hub énergétique central du bâtiment NEST. Photo: ETH Zurich / Architecture and Building Systems

Un filet de câbles tendus a été utilisé comme structure primaire du coffrage de la toiture HiLo à double courbure. Photo: ETH Zurich, Block Research Group / Juney Lee

Un textile fin a été utilisé pour la couche de coffrage du coffrage flexible. Photo: ETH Zurich, Block Research Group / Juney Lee

Coffrage pour le plancher voûté léger avec des nervures de raidissement sur le côté ouest. Photo: ETH Zurich, Block Research Group / Juney Lee

Assemblage des éléments de coffrage imprimés en 3D pour le plancher voûté léger du côté est. Photo : ETH Zurich, Digital Building Technologies / Georgia Chousou


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