La recherche dans la construction
L'Arch_Tec_Lab montre comment la digitalisation peut contribuer à la préservation des ressources, à l'absence d'émissions et à la densification des constructions. Six chaires de l'ETH Zurich ont mis en commun leurs approches de recherche et développé ensemble ce b?timent d'un nouveau genre sous forme de prototype.
Le processus de planification et de construction en grande partie numérique auquel ont participé des architectes, des ingénieurs civils, des techniciens du b?timent et des physiciens du b?timent de six chaires de l'Institut de technologie en architecture de l'ETH Zurich a duré six ans. Ensemble, ils ont voulu découvrir comment ils pouvaient contribuer à une construction plus préservant les ressources et plus dense sur le plan spatial au moyen de technologies numériques et de processus de planification collaboratifs. Ils ont créé un laboratoire réel dans lequel ils ont appliqué leurs dernières connaissances à l'échelle 1:1. Sur le campus du H?nggerberg, un nouveau b?timent a ainsi vu le jour sur le toit d'un parking existant, incarnant la durabilité dans toutes ses dimensions. Le b?timent est relié par une passerelle au b?timent existant du Département d'architecture.
Avec la légèreté du bois et de l'acier
Afin de pouvoir s'appuyer sur les structures existantes des b?timents, les scientifiques ont systématiquement misé sur la technologie de construction légère et ont délibérément utilisé moins de masse de construction. En comparaison avec les b?timents traditionnels, pour lesquels on utilise jusqu'à 400 kilogrammes de matériaux par mètre cube, la masse moyenne utilisée pour l'Arch_Tec_Lab n'est que de 240 kilogrammes.
Le choix des matériaux s'est porté sur le bois pour la construction du toit et sur l'acier pour le squelette du système porteur, car ces matériaux présentent une rigidité optimale par rapport à leur masse. De plus, la structure en acier se passe de noyaux porteurs et de gaines, ce qui permet d'une part une utilisation flexible et d'autre part également d'adapter l'aménagement de l'espace à l'évolution des besoins.
Toiture en bois fabriquée par un robot
Le toit en bois incurvé de l'Arch_Tec_Lab a été entièrement préfabriqué par un seul robot portique. Il s'est appuyé sur un processus de planification et de production numérique intégré, développé sous la direction de la chaire d'architecture et de fabrication numérique avec des planificateurs spécialisés impliqués et Erne en tant que société d'exécution. C'est ainsi qu'une structure de toit avec des portées d'environ 15 mètres a été créée à partir de plus de 48 000 bois équarris individuels d'une longueur allant jusqu'à 3,10 mètres. 168 poutres en treillis assemblées en série, clouées et assemblées de manière robotique, transmettent les charges en cinq travées sur des poutres en acier et intègrent toute la technique, de la protection incendie à l'éclairage. Sans autre revêtement, la structure finement articulée des poutres en treillis fait appara?tre le toit, qui s'étend sur quelque 2 300 mètres carrés, comme une forme globale qui, avec un élan élégant et une incidence changeante de la lumière, surplombe les étages supérieurs ouverts de l'Arch_Tec_Lab.
Ce n'est pas seulement pendant la phase de planification et de construction que les scientifiques de l'ETH souhaitaient utiliser le moins de ressources possible. L'Arch_Tec_Lab doit également fonctionner sans émissions lorsqu'ils prennent possession du b?timent et y travaillent. C'est pourquoi la technologie zéro émission, développée à l'ETH Zurich depuis 2010, est utilisée comme technique de construction. La structure du double plancher du b?timent abrite 120 "Airbox", reliées au réseau anergie du campus du H?nggerberg. Ces Airbox assurent la ventilation et servent en outre au chauffage et au refroidissement du b?timent. Le double plancher abrite d'une part le réseau de conduites et veille d'autre part à ce que l'air pénètre dans les pièces par une légère surpression via des sorties au sol. Pour Ulrich Weidmann, vice-président du personnel et des ressources de l'ETH Zurich, l'Arch_Tec_Lab est une aubaine : "Les scientifiques de l'ETH Zurich développent des innovations pour résoudre les défis liés aux infrastructures. A l'exemple de l'Arch_Tec_Lab, ils prouvent que la construction densifiée et une culture du b?timent de haut niveau ne s'excluent pas mutuellement. Ils contribuent ainsi à une utilisation durable du sol, dont nous profitons même désormais nous-mêmes en tant qu'ETH."
L'Arch_Tec_Lab est synonyme de technologies de pointe et de gestion durable des ressources. (toutes les photos : Andrea Diglas, ? ITA/Arch-Tec-Lab AG)
Poursuivre l'approche collaborative
L'approche collaborative choisie par les scientifiques lors de la construction de l'Arch_Tec_Lab sera poursuivie de manière intensive à l'avenir. Dans le nouveau b?timent, il n'y a pas de bureaux individuels, mais davantage d'espaces communs pour les petits et les grands groupes. Le Robotic Fabrication Laboratory au rez-de-chaussée, initié et planifié par Gramazio Kohler Research, illustre l'ambition liée à l'Arch_Tec_Lab de créer de nouveaux espaces pour des expériences multidisciplinaires dans le domaine de la construction. Ici, un système de portique monté au plafond permet l'exécution à grande échelle de t?ches de construction au moyen de quatre robots industriels qui coopèrent. Outre les chercheurs de l'Institut de technologie en architecture, le laboratoire de robotique sert également aux chercheurs du P?le de recherche national "Fabrication numérique". Il a été réalisé en étroite collaboration avec les entreprises ABB et Güdel.
Pour Sacha Menz, père spirituel de l'Arch_Tec_Lab et directeur de l'Institut de technologie en architecture, le b?timent est la vision mise en ?uvre d'une technologie de construction future, mais aussi d'un nouveau type de collaboration : "L'Arch_Tec_Lab sert à la recherche dans le domaine de la construction, et celle-ci ne peut pas se faire à huis clos. Nous espérons une collaboration multidisciplinaire plus intense au sein de l'institut et des impulsions de recherche au-delà des différentes disciplines".
De nombreuses questions posées à l'Arch_Tec_Lab sont loin d'avoir trouvé une réponse définitive - et ce n'est d'ailleurs pas le but recherché. En effet, l'Arch_Tec_Lab se veut un laboratoire réel dans lequel les chercheurs et leurs étudiants abordent sans cesse de nouvelles questions et testent des solutions sur place. Les connaissances acquises doivent profiter à l'industrie de la construction et, en fin de compte, à la société.