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RÉSUMÉ
La deuxième moitié du XXe siècle a vu naître un ensemble de solutions structurales innovantes caractérisées par leur légèreté. Cet article présente les principales classes de structures légères, depuis les voiles minces en béton, jusqu'aux formes dites "libres" dont l'émergence est favorisée par les nouvelles possibilités offertes aux concepteurs via les récents développements numériques. Des aspects morphologiques et mécaniques sont également présentés: double courbure, mise en oeuvre de contraintes initiales. Les modèles numériques les plus usuels en recherche de forme (méthode des densités de forces et relaxation dynamique) et les modèles expérimentaux sont évoqués. Le cas des systèmes réticulés, et des systèmes discrets par constitution, complète cette présentation.
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René MOTRO : Professeur Émérite, Président de l’International Association for Shell and Spatial Structures (IASS) - Laboratoire de Mécanique et Génie Civil, UMR CNRS 5508, université de Montpellier - (France)
INTRODUCTION
Les structures légères, caractérisées par leur faible poids propre mais aussi par leur composition structurale et de multiples aspects innovants dans leur conception et leur réalisation, ont connu un développement sans précédent depuis une cinquantaine d’années. Elles offrent des solutions architecturales répondant à la nécessité de construire des espaces de grandes dimensions avec un nombre réduit de points porteurs.
Leur technologie a d’abord fait appel à des matériaux classiques comme le béton dans le cas des voiles minces, puis à des matériaux innovants comme les textiles techniques pour les membranes architecturales. Plusieurs solutions nécessitent la mise en œuvre d’un état de contraintes initiales qui concourt à leur rigidité sous les actions externes, impliquant une combinaison quelquefois complexe des effets associés.
Il ne fait pas de doute que l’essor de l’informatique au sens large a accompagné le développement des structures légères et ce, à plusieurs niveaux :
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élaboration de modèles numériques prédictifs prenant en compte des comportements non linéaires tant sur le plan géométrique que matériel ;
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prise en compte de couplages entre paramètres mécaniques et géométriques ;
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aide à la génération de données ;
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ouverture à une fabrication assistée par ordinateur.
Le présent article donne un aperçu des différentes typologies associables aux structures légères et propose quelques modèles élémentaires aidant à la compréhension des problématiques de recherche de forme, de non linéarité géométrique, de combinaison des effets de contraintes initiales avec ceux résultant de celles occasionnées par les actions extérieures.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire des principaux termes techniques rencontrés au fil des chapitres.
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MOTS-CLÉS
Conception et modélisation structures légères numérique structures et propriétés génie civil structures composites
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5. Glossaire
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Autocontrainte (selfstress)
L’autocontrainte caractérise l’état mécanique d’un système présentant des contraintes initiales de construction indépendamment de toutes actions extérieures.
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Calcul au second ordre (Second order computation)
Calcul pour lequel l’équilibre statique est recherché dans l’état géométrique déformé sous les actions appliquées.
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État de membrane (membrane state)
Cet état correspond à une sollicitation simple de compression pour un voile mince.
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État de tenségrité (Tensegrity state)
L’état de tenségrité est un état d’auto-équilibre stable d’un système comportant un ensemble de composants comprimés à l’intérieur d’un continuum de composants tendus.
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Mise à plat (Cutting pattern)
Opération de définition géométrique des laizes de tissu planes dont l’assemblage conduit à une surface à double courbure en état de tension.
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Prétension (prestress)
La prétension des câbles résulte d’un allongement initial lors de la mise en œuvre des réseaux.
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Recherche de forme (form finding)
La recherche de forme a pour objectif de déterminer les coordonnées géométriques d’une structure dans le cas d’un couplage avec un système d’actions externe et/ou interne.
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Structures légères (lightweight structures)
Les structures légères sont celles dont le poids propre est inférieur à 50 daN/m2.
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Surfaces funiculaires (funicular surfaces)
Les surfaces funiculaires sont associées à un système d’actions appliquées, même si leur dénomination omet cette précision.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SARGER (R.) - Structures Nouvelles. - Cahier du Centre d’Études Architecturales n° 1, Académie Royale des Beaux-Arts de Bruxelles, 144 rue du Midi. Février (1967).
-
(2) - MOTRO (R.) - * - . – Robert Le Ricolais. « Father of Space Structures », International Journal of Space Structures. Vol. 22 Issue 4, pages 233-238 (2007).
-
(3) - PICON (A.) - L’art de l’Ingénieur, constructeur, entrepreneur, inventeur. - Centre Georges Pompidou. Éditions du Moniteur, 600 pages (1997).
-
(4) - MOTRO (R) - Nodes and Spatial Structures, a tribute to Stéphane Du Château. - Architectus, 4, (40) (2014).
-
(5) - MOTRO (R.) - Matériaux Composites Souples en Architecture, Construction et Intérieurs. - Birkhäuser. French, German and English. 232 pages (2013).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
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AISC Higgins Paper Award, American Institute of Steel Construction, Baker
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IASS – The International Association for Shell and Spatial Structures (Association Internationale pour les Coques et les Structures Spatiales)
-
Structurae : Base de données internationale du patrimoine du génie civil
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