Peaux profondes : Développement de stratégies de fabrication à base de feuilles pour les enveloppes volumétriques structurelles

Le but de cette recherche est de faciliter la conception de systèmes d’enveloppes structurelles polyédriques multicouches pouvant être fabriqués à partir de matériaux en feuille. L’étape principale pour permettre ce développement est la création d’un ensemble robuste d’algorithmes capables de gérer simultanément l’optimisation structurelle et la fabrication rentable en préservant l’intention de conception de l’utilisateur. En 2016, j’ai développé le premier ensemble d’outils pour la segmentation et le dépliage de maillage de surface pour la fabrication qui fonctionne à l’intérieur de Grasshopper pour Rhino3d. En 2018, j’ai fait partie de l’équipe de chercheurs qui a présenté le premier ensemble d’outils pour la construction et la manipulation de systèmes polyédriques réciproques pour la recherche de formes structurelles en utilisant les principes de la statique graphique 3D à travers les diagrammes polyédriques réciproques. Cette proposition élargira la recherche derrière les deux initiatives et les réunira dans un cadre de calcul dédié à la conception et à la matérialisation d’enveloppes et de coquilles structurelles basées sur des maillages volumétriques composés de plusieurs couches de cellules polyédriques, pouvant être fabriquées à partir de matériaux en feuilles plates. La proposition contienne quatre tâches regroupées en deux directions. La 1ere propose la création d’algorithmes robustes pour la rationalisation et la segmentation de systèmes d’enveloppes structurelles polyédriques multicouches (peaux profondes) dans le but de les fabriquer par dépliage et discrétisation. Le 2e propose l’extension des méthodes de recherche de formes structurelles basées sur la géométrie pour inclure les contraintes relatives à la fabrication à partir de matériaux en feuille.

À l’heure actuelle, il n’existe aucun processus général de fabrication par de feuilles plates pour les maillages polyédriques volumétriques. En outre, aucune solution de recherche de forme structurelle capable de produire des structures entièrement spatiales ne contient de contraintes tenant compte de la fabrication à partir de matériaux en feuille.  Cette recherche vise à combler cette lacune par a) introduire une méthode générale de fabrication d’enveloppes polyédriques volumétriques composées de plusieurs couches de cellules polyédriques à l’aide de matériaux en feuille et de dépliage. b) assister le concepteur, par le biais de contraintes de fabrication, dans le processus de recherche de formes structurelles. Les logiciels et les applications de cette proposition étendront l’accessibilité de la recherche aux étudiants, aux concepteurs et aux praticiens pour apprendre, partager, explorer, concevoir et surtout fabriquer. La recherche proposée contribuera à l’intégration efficace de la conception et de la fabrication à des échelles et secteurs variés de la société (bâtiment, véhicule, objet d’ameublement, etc.).

Les résultats de cette recherche ouvriront de nouvelles voies vers la matérialisation efficace et économique de structures spatiales complexes, légères et performantes. La recherche permettra de disposer d’instruments informatiques pour construire des structures spatiales multicouches à partir de métaux comme l’aluminium, ce qui apportera une nouvelle pertinence à l’industrie manufacturière du Québec ainsi qu’à l’industrie de la construction connectée. Dans le cadre de ce projet, un nouveau personnel hautement qualifié sera formé et de nouvelles initiatives de formation seront introduites dans le système d’enseignement supérieur en architecture du Québec.