Mémoire d'architecture : La structure comme langage architectural

Ecole Nationale
d’Architecture de Fès
Mémoire d’architecture
2023-2024
LA STRUCTURE COMME
LANGAGE ARCHITECTURAL
Exploration de la poétique des structures
Réalisé par : Boutaina Touffahi
Ecadré par : Mr.Jean Luc Debar
Jury :
Mr. Rachid Tahiri,
Mr. Omar Hassouni,
Mr.Saad Rharrit,
Date de soutenance :
13/11/2024
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La structure comme langage architectural
REMERCIEMENTS
Je tiens à exprimer ma profonde gratitude à toutes les personnes qui ont
contribué à la réalisation de ce mémoire. Je remercie particulièrement
mon encadrant Mr Jean Luc Debar qui m’a accompagné tout au long de ce
travail, mes enseignants et les membres de jury , les professeurs, Mr Omar
Hassouni, Mr Rachid Tahiri et Mr Saad Rarrhit qui ont enrichi ce projet avec
leurs échanges, leurs conseils et leurs critiques. Ainsi que l’équipe de l’Ecole
Nationale d’Architecture de Fès, Enfin, un grand merci à ma famille et à mes
amis, pour leur support constant, leur patience, et leur compréhension.
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La structure comme langage architectural
SOMMAIRE
Remerciements ....................................4
Préface..................................................7
Résumé ...............................................8
Abstract................................................9
‎10‎‏...................................................ملخص
Problématique ...................................11
Méthodologie ....................................12
Introduction .......................................14
Bases théoriques de la science des
structures ...........................................15
Charges externes ...............................15
Charges internes ...............................16
Degrés de stabilité .............................18
Résistance et rigidité..........................18
Contreventer – ponter – supporter.....19
Efforts tranchants, normaux et moments
fléchissants.........................................20
Partie I ..........................................21
LA SÉPARATION ENTRE LA
STRUCTURE ET L’ARCHITECTURE,
L’ÉVOLUTION HISTORIQUE...........21
INTRODUCTION ............................22
Chapitre I. Histoire de la séparation
entre l’architecture et l’ingénierie .....23
L’architecture antique ......................23
La Mésopotamie.................................23
L’Egypte antique ...............................25
La vallée de l’Indus ...........................28
La Chine antique ...............................30
La Grèce antique................................32
La Rome antique ..............................34
L’architecture médiévale ...................37
L’architecture romane .......................37
L’architecture gothique......................39
L’architecture byzantine ....................40
L’architecture Ottomane ...................43
La Renaissance .................................45
L’éclectisme architectural et la
professionnalisation ........................49
Chapitre II. Maroc: de l’architecture
Arabo-islamique à l’architecure
moderne .............................................53
Partie II ........................................59
L’INTÉGRATION DE LA
STRUCTURE DANS LE LANGAGE
ARCHITECTURAL. .........................59
Introduction : ....................................60
ChapitreIII.Typologies du
vocabulaire structurel ........................61
Structure à poteau et poutre...............62
Poutre ................................................62
Poteau.................................................65
Grille de poutre..................................67
Mur porteur .......................................69
Structure en treillis ...........................70
Treillis dans l’espace..........................73
Structure en coque..............................74
Géométrie des structures en coque ...74
Arc /courbe.........................................79
Structure en coque .............................83
Structure tendue ...............................96
Structure combinée :........................102
Tenségrité ........................................102
Chapitre IV.Structure et matériaux..
.........................................................103
Le bois .............................................106
L’acier ............................................107
Le Béton ..........................................109
Chapitre V. La structure dans la
nature : harmonie entre forces et
formes..............................................110
L’arbre : structures dendriformes .... 111
Toile d’araignée...............................114
Coquille d’œuf.................................116
L’anatomie de l’Homme..................117
Chapitre VI.La forme suit la
fonction: Optimisation structurelle
comme génératrice de forme...........121
Statique graphique : le langage formel
des forces ........................................121
Léonard de Vinci : décomposition des
forces ...............................................122
Simon Stevin : loi d'équilibre sur un
plan incliné.......................................122
Isaac newton : le parallélogramme des
forces................................................122
5

La structure comme langage architectural
Polygone funiculaire de Pierre
Varignon...........................................123
Luigi Cremona : diagramme de
Cremona ..........................................123
L’efficacité de la géométrie : la
conception par force ........................124
Form finding structures: grâce à des
modèles physiques...........................128
Les possibilités d’une nouvelle
technologie : l’analyse du réseau de
poussée, ou TNA .............................132
(Thrust Network Analysis)...............132
Chapitre VII.La fonction suit la
forme : dimension symbolique et
poétique de la structure ..................134
Partie III ....................................143
LA STRUCTURE COMME
LANGAGE ARCHITECTURAL ...143
Introduction : ..................................144
Chapitre VIII.La structure comme
langage architectural .......................145
Forme et enveloppe..........................145
Ordre et structure ..........................149
Axe et symétrie ...............................149
Rythme et répétition ........................151
Échelle et proportion .......................152
Hiérarchie.........................................154
Équilibre et mouvement ..................155
Organisation de l’espace .................156
Lumière et matière ..........................157
Site et contexte ................................159
Synthèse. .........................................161
Choix du site .................................162
Choix de la structure .....................163
Bibliographie....................................169
Liste des figures ..............................171
Projet architectural. ....................179
Le centre de recherche et d’innovation
DHAR EL MAHRAZ .....................180
Analyse du site ...............................181
Accessibilité et mobilité .................183
Analyse historique ..........................185
Analyse Typo-morphologique..........187
Analyse architecturale ...................190
Analyse du vide urbain....................191
Analyse fonctionnelle......................193
Analyse administrative ..................194
Analyse Socio économique .............195
Analyse Environnementale ...........197
Synthèse ..........................................198
proposition urbaine .........................199
Campus d’innovation.......................207
Plan d’ensemble, Centre de recherche
et d’innovation.................................211
concept ............................................212
Programme ......................................215
Circulation........................................216
Coupe A............................................219
Coupe B...........................................221
Coupe Longitudinale, résidence d’art ..
.........................................................223
Coupe C...........................................223
Coupe D...........................................225
Façades.............................................231
Structure et ......................................237
Constructivité ..................................237
Tableau de superficies du projet ......245
6

La structure comme langage architectural
Préface.
Conformément aux principes de Vitruve, l’architecture est décrite selon trois
principes : « firmitas », « utilitas » et « venustas », traduits respectivement
par ‘fermeté’, ‘commodité’ et ‘beauté’, il est clair que l’architecture doit
assurer la stabilité de ses structures, la fonctionnalité de ses plans et la
beauté de ses volumes. Pourtant, au cours de mes années d’études, j’ai
souvent été confrontée à l’idée que la structure n’est pas du ressort de
l’architecte. Cette confirmation m’a profondément intriguée, notamment
à cause de la séparation des rôles qui étaient autrefois assumés par une
seule profession. Dans ce mémoire nous allons étudier la problématique de la
séparation entre l’architecture et la structure en explorant la philosophie et
le potentiel artistique et poétique de leur intégration.
7

RÉSUMÉ
La relation entre l’architecture et la structure a largement évolué
au fil du temps ; pendant une certaine période dans l’histoire, la structure
établissait la logique derrière les formes architecturales. L’architecture et
l’ingénierie structurelle étaient principalement un seul métier. Mais cette
relation a commencé à disparaître dès la Renaissance en Italie, où les notions
de l’architecture classique ont été redécouvertes. La structure a fini par se
cacher derrière l’architecture, et cette rupture s’est accentuée davantage
après la séparation des professions avec la création de l’École des Ponts
et Chaussées ainsi que de l’École Polytechnique en France. Aujourd’hui, la
création architecturale est orchestrée par l’architecte qui se focalise sur la
sculpture des beaux espaces fonctionnels, tandis que l’ingénieur se concentre
uniquement sur la stabilité du bâtiment sans participer à sa conception.
L’éducation théorique des ingénieurs les amène à se préoccuper des
calculs des éléments structurels sans nécessairement s’intéresser aux
aspects conceptuels et esthétiques, ce qui a créé une dissociation entre
l’architecture et la structure. Le progrès dans le domaine de la construction
et de l’ingénierie a permis une grande liberté dans le geste architectural
et l’émergence de démarches de conceptions architecturales purement
plastiques et artistiques, mises à part les considérations structurelles.
Cependant, ces avancées technologiques ont contribué au retour à une
optique des structures architecturales, visible dans des courants tels que
l’architecture high-tech et le brutalisme. L’approche structurelle dans
l’architecture s’est imposée également dans des cas où le concepteur
est à la fois ingénieur et architecte, comme c’est le cas de figures telles
que Nervi, Torroja, Ricardo Morandi, Owen Williams, et plus récemment,
Félix Candela, Rudy Riciotti, Philippe Samyn et Santiago Calatrava. Elle
s’observe également dans des collaborations où l’architecte et l’ingénieur
structurel participent de manière parallèle à la conception architecturale.
Ce document vise à étudier le potentiel poétique et artistique de la structure
et comment l’intégrer dans l’approche conceptuelle de l’architecture. Il se
base sur une véritable compréhension des comportements structurels qui
s’appuient sur la géométrie et des principes graphiques plutôt que sur la
seule résistance des matériaux. L’objectif est de concrétiser les plus-values
d’une telle approche dans la reconnexion du quartier universitaire de Fès «
Dher -El Mehraz » avec la ville et la mise en place des fonctions manquantes
sur le site, tout en traitant l’architecture de ces équipements en suivant
l’approche étudiée.
8

La structure comme langage architectural
ABSTRACT
The relationship between architecture and structure has evolved
considerably over time. Structural design used to dictate the logic behind
architectural forms; moreover, architecture and structural engineering were
essentially the same discipline. However, this connection began to erode during
the Italian Renaissance, when classical architectural principles were rediscovered.
Structure gradually took a back seat to architecture, this split Escalated with the
formal separation of professions following the establishment of the École des
Ponts et Chaussées and the École Polytechnique in France. Today, architectural
creation is led by architects who focus on designing beautiful, functional and
satisfying spaces, while engineers are only supposed to ensure the building’s
structural stability, often with little involvement in the design process. The gap
between architecture and structure is amplified further by the theoretical training
of engineers that prioritizes the calculation of structural elements over conceptual
or aesthetic considerations, Furthermore,Technological advances in construction
and engineering have allowed for greater freedom in architectural design,
enabling purely aesthetic or sculptural forms with minimal concern for structural
constraints.
Yet, these technological breakthroughs have also paved the way for a renewed
interest in structural expression in architecture, which is obvious in architecture
styles like High-Tech and Brutalism. The integration of structure into architectural
design is particularly prominent in cases where individuals are both engineer and
architect, as seen in the work of figures like Nervi, Torroja, Ricardo Morandi,
Owen Williams, and more recently, Félix Candela, Rudy Ricciotti, Philippe
Samyn, and Santiago Calatrava. As well as in collaborations where architects and
structural engineers alongside the design process.
This paper aims to explore the poetic and artistic potential of structural design
and how it can be Embedded into the conceptual process of architecture. It
emphasizes a deep understanding of structural behavior, grounded in geometry
and graphic principles, rather than focusing solely on material strength. The goal
is to demonstrate the value of this approach in reconnecting the “Dher-El Mehraz”
university district in Fès with the rest of the city, while filling the site’s functional
gaps and designing its facilities according to this studied method.
9

ن
ن
ف
ي
La structure comme langage architectural
ملخص
تطورت العالقة ي ن ب‏ العمارة والبناء ي الهيكىل بشكل ي كب‏ مع مرور الوقت،‏ اعتاد البناء عىل
تأسيس المنطق الكامن وراء األشكال المعمارية.‏ كانت الهندسة المعمارية والهندسة
تخت‏ خالل عرص
لكن هذه العالقة بدأت ي ف
ف
ي المقام األول مهنة واحدة.‏
وانتىه األمر بالهيكل
ف
ي إيطاليا،‏ حيث أعيد اكتشاف مفاهيم العمارة الكالسيكية.‏
مختبئًا خلف جدارالهندسة المعمارية،‏ وقد تفاقم هذه التفرقة بشكل ب أك‏ بعد فصل
اليوم،‏ يتم تنسيق اإلبداع المعماري من
ف
المهن مع إنشاء مدرسة البوليتكنيك ي فرنسا.‏
وجميلة،‏ بينما يركز
ف
قبل المهندس المعماري الذي يركز عىل نحت مساحات وظيفية
المهندس ي المد‏ فقط عىل الحرص عىل استقرار ن المب‏ دون المشاركة ي تصميمه
إن التعليم النظري ي ن للمهندس‏ يدفعهم إىل االنشغال بحسابات العنارص اإلنشائية دون
والجمالية،‏ مما أدى إىل انفصال ي ن ب‏ العمارة
ف
االهتمام ض بالرص ورة بالجوانب المفاهيمية
والبنية الهيكلية.و من جهة أخرى أتاح التقدم ي مجال البناء والهندسة حرية ي كبة
اإليماءة المعمارية وظهور مناهج التصميم المعماري ي التشكيىل ي ن والف‏ البحت دون اخد
ي اعتبارالمعاي‏ التقنية المتعلقة بهيكل البناء حيث لم ععد هذه ي االخة تشكل قيودا
ف
بالمقارنة مع التصميم المعماري
ومع ذلك،‏ ساهمت هذه التطورات التكنولوجية ي العودة إىل اعتبار الهياكل المعمارية،‏
ف ت يكون فيها المصمم
ف
ف
ف ي الهيكىل ي الهندسة المعمارية أيض ي الحاالت ي ال‏
لقد ترسخ النهج
ً مهندسا ومعماري ي ان واحد،‏ كما هو الحال مع شخصيات مثل ن‏ ي ، وتوروجا،‏
ريكو‏ ، فيليب
ا،‏ فيليكس كانديال،‏ ورودي ي ت
وريكاردو موراندي،‏ وأوين ويليامز،‏ ومؤخرً‏ ف
ويالحظ أيضً‏ ا ي التعاون حيث يشارك المهندس المعماري
ف
ي ن سام‏ وسانتياغو كاالترافا.‏
ف
‏.والمهندس ي المد‏ بالتوازي ي التصميم المعماري
تهدف هذا البحث إىل دراسة اإلمكانات الرمزية والفنية للهيكل وكيفية دمجها ي النهج
حقي‏ للسلوك ي الهيكىل الذي يعتمد
ي المفاهيم للهندسة المعمارية.‏ إنه يعتمد عىل فهم ي ق
عىل مقاومة مواد البناء.‏ والهدف من ذلك
ف
عىل مبادئ الهندسة والرسومات وليس فقط
إعادة ربط ي الح ي الجامع لفاس ‏»الظهر
ف
هو تحقيق القيمة المضافة لمثل هذا النهج ي
‏.المهراز«‏ بالمدينة وتنفيذ الوظائف المفقودة ي الموقع،‏ مع اعتماد النهج المدروس
ي
ً ا
‏ًا
اإلنشائية
النهضة
10

La structure comme langage architectural
PROBLÉMATIQUE
L’importance de la structure ne réside pas seulement dans son rôle
essentiel dans la stabilité et l’équilibre, mais également dans le fait qu’elle
entretient une relation étroite avec l’aspect visuel de l’architecture, en
influençant profondément les formes architecturales. Cela signifie que l’acte
de conception formelle en architecture est directement lié à la conception
structurelle qui comprend un langage visuel qui enrichit l’architecture voir
même détermine sa logique conceptuelle.
Cependant, dans notre contexte spatio-temporel, le discours architectural
est souvent perçu comme dissocié du vocabulaire structurel. La structure
accomplit son rôle de stabilité en se cachant derrière les éléments
architecturaux sans participer à leur apparence. Cela est directement associé
à la façon de la collaboration entre l’architecte et l’ingénieur, ainsi qu’aux
compétences et méthodes acquises pendant leur formation. Généralement,
l’architecte est le chef d’orchestre de la conception jusqu’à la construction;
il fonde son concept sur des considérations contextuelles, fonctionnelles,
esthétiques, sociales, et économiques. En revanche, l’ingénieur structurel
se concentre sur des aspects techniques tels que l’armature, le
dimensionnement des éléments structurels, et la stabilité du bâtiment,
sans participer à la réflexion conceptuelle du bâtiment. Le divorce entre ces
deux disciplines accentue d’avantage la séparation entre l’architecture et la
structure.
Cette étude met en lumière les aspects formels, esthétiques, et poétiques
de la structure, en soulignant les privilèges d’une stratégie qui instaure la
réflexion structurelle dans la conception architecturale et établit un langage
basé sur les potentialités artistiques de la structure.
Ce document tente de répondre à une question fondamentale: comment
la structure s’intègre dans le langage architectural? et il met en avant les
différentes perspectives de la relation entre l’architecture et la structure.
11

La structure comme langage architectural
MÉTHODOLOGIE
La problématique centrale de ce mémoire est axée sur l’intégration de la
structure dans le langage architectural. L’objectif est donc d’explorer les
facettes de la relation entre l’architecture et la structure tout en dévoilant
les aspects communs qui résident dans l’esthétique de la structure et la
dimension conceptuelle de la logique structurelle. En conséquence, ma
méthodologie de recherche s’étend sur trois étapes principales:
Partie I :
Dans cette section, nous allons comprendre l’état actuel de la relation
architecture-structure et architecte-ingénieur, tout en analysant l’arrièreplan
historique de l’évolution de la séparation entre l’architecture et la
structure dans le temps. Nous pourrons ainsi comprendre les origines des
pratiques actuelles et visualiser en profondeur l’influence de la structure sur
la mutation architecturale caractéristique des grandes phases de l’histoire
de l’architecture. Cela nous permettra non seulement de retracer les touts
premiers éléments historiques ayant entraîné la dissociation croissante entre
les deux disciplines qui étaient auparavant interconnectées, mais également
d’acquérir les connaissances de base nécessaires pour formuler une critique
de la nature de la relation entre structure et architecture qui ne tienne pas
compte de la structure comme étant une considération conceptuelle.
Partie II :
Nous allons analyser divers systèmes structurels présents dans de nombreux
bâtiments, souvent conçus en collaboration étroite entre des architectes et
des ingénieurs innovants, voire par des figures renommées assumant ces
deux rôles. Une telle analyse peut être considérée comme une démonstration
de la diversité du vocabulaire visuel de la structure et de la maîtrise du
langage structurel. Elle vise à acquérir une compréhension fondamentale du
comportement structurel des différents types de structures en relation avec
le geste architectural, dans le but d’examiner le potentiel architectural de la
structure. Nous chercherons à conclure sur son aspect poétique, harmonieux
et artistique, ainsi que sur l’harmonie visuelle des méthodes d’optimisation
structurelle.
Partie III :
Nous clôturerons cette étude en mettant en lumière les principaux aspects
qui confèrent à la structure son statut de langage architectural, en
l’approchant avec une perspective d’architecte. Cette phase vise à poser
les dernières fondations de l’étude, ayant pour but de concrétiser ses
conclusions dans un projet architectural. Cela implique également la sélection
minutieuse d’un site compatible avec l’ambition d’exprimer la structure de
manière pratique et esthétiquement significative.
12

La structure comme langage architectural
Il est essentiel de noter que la démarche adoptée dans cette étude
suit la méthode déductive. Cette approche implique de commencer par les
principes et les théories généraux pour ensuite dériver des conclusions
spécifiques à partir de ceux-ci. En d’autres termes, elle consiste à partir de
concepts plus larges pour aboutir à des observations et des conclusions plus
spécifiques. Cela nécessite un travail analytique substantiel, indépendamment
des conclusions spécifiques que nous mettrons en évidence. Bien que cette
approche soit généralement utilisée dans des études purement scientifiques,
il est impératif de reconnaître que la nature de notre sujet n’implique pas
uniquement l’objectivité des sciences, mais également la subjectivité des
perspectives artistiques. La beauté ne suit pas de règles strictes, ce qui
signifie que les critères de sélection des projets architecturaux à analyser
ne reposent pas uniquement sur des bases pragmatiquement structurelles,
mais peuvent également être influencés par des préférences personnelles.
13

La structure comme langage architectural
INTRODUCTION
Si l’architecture est l’art et la science de créer et de subdiviser des espaces,
habitables selon des besoins spécifiques, sous l’enveloppe d’un édifice dont la
forme est soigneusement pensée tout en alternant entre forme et fonction,
la structure, quant à elle, est l’art et la science qui cherche l’équilibre et la
stabilité de ces édifices architecturés. La relation la plus évidente entre ces
deux grandes unités est de même nature que la relation entre la forme et
la structure de n’importe quel objet. C’est la même pour un corps humain
et son squelette, et pour une chaise et ses pieds. La structure est la partie
porteuse qui permet de supporter les différents types de charges exercées
sur le bâtiment, notamment le poids propre et les charges externes. Cela
explique pourquoi les structures sont toujours conçues en considérant les
pires situations. Toutes ces charges tendent à déséquilibrer les bâtiments et
à causer leur effondrement. Comme la nature qui tend toujours à chercher
l’équilibre. Lorsque la structure n’est pas assez forte pour maintenir la
stabilité et l’équilibre du bâtiment, celui-ci s’effondrera pour trouver un
nouvel état d’équilibre, impacté par les lois de la nature, comme c’est le cas de
la pomme qui est tombée sur Newton pour trouver un nouvel état d’équilibre
Alors la structure est là pour assurer un rôle primordial en attribuant au
bâtiments leurs rigidités et leur stabilité, mais quelle relation elle entretient
avec l’architecture ?
Cette question peut avoir différentes réponses en fonction de la conception
architecturale et en fonction de la position de la structure au sein des
édifices,
L’emplacement de la structure à l’intérieur d’un bâtiment n’est pas toujours
évident, car la structure peut être intégrée aux parties non structurelles
de diverses manières. Parfois, comme dans le cas simple d’un igloo(FIG.1), où
des blocs de glace forment un dôme protecteur autoportant, la structure
et les éléments entourant l’espace sont les mêmes. Dans d’autres cas, les
éléments structuraux et l’enveloppe spatiale sont complètement distincts.
Un exemple très simple est celui du tente tipi (Fig.2), dans lequel l’enveloppe
protectrice est une peau de tissu ou de cuir qui n’a pas assez de rigidité pour
se soutenir par elle-même et qui est soutenue par une structure de perches
en bois. Avec une séparation totale entre la structure et l’enveloppe, les
perches ont une fonction purement structurelle à l’opposé de l’enveloppe. 1
Fig.1:L’igloo est une enveloppe
auto-portante,structure en
compression( Source: Structure
& Architecture )
Fig.2:Dans le tipi, une enveloppe
non structurelle est
soutenue par une charpente de
perches en bois. ( Source: Structure
& Architecture )
1 Exemples tirés de livre : « Structure & Architecture » Angus J. Macdonald
14

La structure comme langage architectural
BASES THÉORIQUES DE LA
SCIENCE DES STRUCTURES
La structure est un agencement
d’un ensemble de composants
interconnectés qui constituent la
partie porteuse de toute forme,
qu’elle soit naturelle ou artificielle.
C’est la partie qui permet au
bâtiment de se maintenir sous
son propre poids et de résister
aux charges appliquées, en les
transférant jusqu’aux fondations.
Charges externes :
Il existe différents types de
charges ou forces externes qui sont
appliquées à la structure :
- Charges permanentes : incluent le
poids propre du bâtiment et le poids
des installations fixes, telles que les
systèmes CVC (chauffage, ventilation,
climatisation), les installations
sanitaires et électriques, les
ascenseurs, etc.
les poussées de terre et d’eau
sont aussi considérées dans cette
catégorie (Fig.3)
- Charges variables : englobent
les charges d’exploitation,
notamment les occupants, le
mobilier, les équipements, les
voitures et véhicules dans le cas
des constructions d’infrastructures,
ainsi que les charges climatiques
comme la neige, la pluie, et le vent,
et les charges thermiques dues
à la dilatation ou contraction des
matériaux face aux variations de
température.
- Charges accidentelles : incluent
principalement les séismes et
d’autres événements accidentels
difficiles à anticiper, comme les
incendies et les explosions.
Fig.3:La poussée tend à engendrer
un basculement et un glissement,
cette expérimentation
explique l’origine de la forme
adopté dans les murs de soutènement
et les barrages (Source
: Comment tout ça tient)
Fig.4: differents types de
charges externes (source :
Structure et architecture, Angus
J. Macdonald)
15

La structure comme langage architectural
Charges internes :
Lorsque la structure canalise les
charges externes, elle subit des
charges internes qui constituent les
contraintes 1 auxquelles le matériau
lui-même est soumis. Elles agissent
à l’intérieur des composantes de la
structure en réponse aux charges
externes.
Contraintes axiales : traction
et compression. Elles agissent
parallèlement à l’axe d’un élément
de structure, à savoir les contraintes
de compression et de traction.
La première tend à comprimer
et rapprocher les particules de
l’élément, généralement vertical
comme les colonnes, puisqu’elles
sont soumises à des charges axiales
plus importantes. La traction,
quant à elle, tend à tirer et allonger
l’élément, comme les tirants.(Fig.5)
Cisaillement :
quand nous voulons couper
une feuille avec des ciseaux, ces
derniers appliquent deux forces
opposées perpendiculaires sur la
feuille, ce qui cause sa coupure.
De même, le cisaillement est une
contrainte tangentielle qui agit
perpendiculairement à l’axe d’un
élément de structure lorsqu’il est
soumis à deux forces directement
opposées. Il engendre une contrainte
interne qui a tendance à faire
glisser une face par rapport à la face
opposée au niveau de la section de
l’élément. Si nous prenons l’exemple
d’une étagère supportée par des
équerres métalliques(Fig.6), les
livres posés dessus appliquent une
force verticale vers le bas, tandis
1 La contrainte est une grandeur mécanique
qui mesure la répartition des charges
internes et qui se calcule en divisant la force par
la surface sur laquelle elle agit, s’exprimant en
MPa
que l’équerre, en la soutenant,
applique une réaction vers le
haut. Par conséquent, la région
entre les livres et l’équerre est
soumise à un cisaillement, qui
devient maximal aux extrémités.
au niveau d’un édifice, le cisaillement
peut être entraîné soit par des
charges ponctuelles, comme une
personne debout sur une poutre, soit
par des charges réparties, comme
le poids d’un plancher supporté par
une poutre.
La flexion:
ou fléchissement, survient
lorsqu’une charge est appliquée
perpendiculairement à l’axe
longitudinal d’un élément. Cette
charge génère des forces internes
qui agissent parallèlement à la
longueur de l’élément. L’intensité
de ces forces internes varie selon
sa profondeur, en passant de la
compression sur une face à la
traction sur l’autre. A un point situé
entre les faces de compression et de
traction, la force interne est nulle,
ce qui définit l’axe neutre. La somme
algébrique des forces internes,
multipliée par la distance par
rapport à l’axe neutre, est appelée
moment de flexion. Les moments se
produisent souvent en même temps
que des forces de cisaillement. tout
en engendrant des déformations
élastiques.
Flambement :
Quand une colonne est soumise à
une charge compressive le long de
son axe, elle peut présenter une
déformation latérale pour s’échapper
des charges qui dépassent sa
capacité, surtout si sa longueur est
relativement grande par rapport à sa
section transversale. Cela conduit au
flambement, qui se produit lorsque
Fig.5: Représentation des
contraintes de compression et
de traction
Fig.6: Les contraintes de cisaillement
engendrées par l’opposition
des forces des livres et la
réaction du support .
Fig.7: Phénomene de flambement
(Source : Comment ça
tient)
16

La structure comme langage architectural
la charge axiale dépasse un certain
seuil critique, entraînant une perte
de stabilité et une déformation
latérale. Par exemple, une règle
élastique, à cause de sa section
mince (Fig.7), ne supporte pas les
charges axiales et se déforme
facilement, car c’est le chemin qui
demande le moins d’effort.
Torsion :
La torsion est un type de
déformation qui résulte de la rotation
d’un élément structurel linéaire par
rapport à son axe longitudinal (Fig.8).
Lorsque le point d’application d’une
charge est excentrique par rapport
à cet axe, un moment de torsion se
développe. Cela induit à son tour
des forces de torsion à l’intérieur de
l’élément pour résister à l’action de
torsion. Ces forces sont réparties sur
la section transversale de l’élément
de manière circulaire, les fibres
extérieures subissant les forces les
plus élevées.
Equilibre et stabilité
L’équilibre et la stabilité sont souvent
confondu même s’ils représentent
deux concepts différents, mais ça
sera plus facile de faire la distinction
entre un système structurel en
équilibre et un système stable si
nous imaginons une maison de carte
(Fig.10) , nous pouvons bien percevoir
l’état d’équilibre qui nous était
très difficile à obtenir en balançant
des cartes dans une disposition
triangulaire, mais nous sommes
conscients que nous ne devons pas
y apporter la moindre perturbation
pour qu’elle ne s’effondre pas, c’està-dire
qu’elle est instable,
La maison de carte est en équilibre
parce que toutes les forces et tous
les moments sont parfaitement
compensés par les forces de
réaction d’une telle sorte qu’il n’y
a pas de mouvement, dans ce cas
cette structure ne subit que des
forces axiales (force de gravitation)
cependant lorsqu’elle est soumise à
une force latérale comme le vent ou
un mouvement parasite les cartes
perdront leur équilibre, parce que
cette structure ne résiste pas à
des forces venant de toutes les
directions à cause d’un manque de
liaison et d’assemblage entre ses
éléments,
Dans ce cas, nous faisons référence
à la notion d’équilibre statique par
la première loi de Newton, où la
somme des forces est nulle et le
moment résultant de ces forces
est également nul, tandis que la
stabilité représente la capacité d’un
système structurel à retrouver son
état d’équilibre en résistant aux
perturbations,
Fig.8:Déformation de la torsion
Fig.9:Le bras de levier multiple
la force exercée pour faciliter le
déplacement d’un objet lourds
ce qui représente la notion du
couple (Source : Comment tout
ça tient)
Fig.10:Pour assurer l’équilibre
d’un couple Il faut que le produit
de la force et la distance
soit égale dans les deux cotés
(Source : Comment tout ça
tient)
Fig.11:La disposition triangulaire
des cartes est une composition
en équilibre mais pas
stable
17

La structure comme langage architectural
Degrés de stabilité
Dans l’exemple précédent,
l’instabilité de notre arrangement
de cartes renvoie au fait que les
cartes sont uniquement posées les
unes sur les autres sans aucune
liaison. Il est intuitif de penser à
appliquer de la colle aux limites des
cartes pour les stabiliser. Ce simple
exemple démontre l’importance de
l’assemblage qui peut être assuré
par trois types de liaison, chacun
permet un degré de liberté différent
par rapport aux mouvements :
- Liaison encastrée : La plus courante
dans la construction des bâtiments,
elle bloque tous les mouvements, à
savoir la rotation suivant l’axe Oz, et
la translation suivant les axes Ox et
Oy. Ce type de liaison bloque donc
trois degrés de liberté et génère trois
efforts de réaction en réponse aux
mouvements bloqués, Fx, Fy, et Mz,
ce qui représente trois inconnues.
- Liaison simple : Elle impose un
seul blocage en translation dans
la direction normale à la surface
d’appui. Elle fait ainsi naître une force
de liaison dans cette direction, Oy, et
introduit donc une seule inconnue.
- Liaison double ou articulée : Elle ne
permet qu’un seul mouvement de
rotation et bloque deux mouvements
de translation suivant les axes Ox
et Oy, ce qui introduit donc deux
inconnues.
Mathématiquement, le nombre
d’inconnues définit le niveau de
stabilité en le comparant avec le
nombre d’équations d’équilibre. Plus
le problème mathématique admet
de solutions, plus le système est
hyperstatique, c’est-à-dire qu’il y a
un excès d’éléments porteurs et que
l’on peut en supprimer pour rendre le
système isostatique, ce qui signifie
qu’il ne comprend que le nombre
nécessaire d’éléments porteurs
et qu’il n’a qu’une seule solution
pour son problème mathématique.
Cependant, si nous supprimons trop
d’éléments, nous aurons un système
instable, hypostatique, dont le
problème mathématique a moins
d’inconnues que d’équations.
D’une manière générale, prenons
l’exemple d’une table (Fig.12). Si elle
ne possède qu’un seul pied, elle
ne sera pas capable de remplir sa
fonction, car elle n’est pas stable ;
c’est une structure hypostatique. En
revanche, trois pieds sont suffisants
pour assurer son rôle, formant
ainsi une structure isostatique. Un
quatrième pied n’est pas vraiment
nécessaire pour sa stabilité, ce qui la
rend hyperstatique.
Résistance et rigidité
La résistance et la rigidité sont des
caractéristiques distinctes d’un
matériau, même si elles sont souvent
utilisées de manière corrélative dans
le langage courant. Par exemple, le
verre est un matériau rigide mais qui
n’est pas résistant au choc, tandis
que les cordes en nylon peuvent être
très résistantes même si elles sont
flexibles. La résistance est la capacité
d’un matériau à supporter une charge
maximale avant de se casser (elle se
mesure en fonction de la contrainte),
alors que la rigidité d’un matériau
représente sa capacité à résister
aux déformations sous l’effet des
charges externes. Son unité de
mesure est le module de Young
(Fig.13), qui varie d’un matériau à un
autre en fonction de leur flexibilité
et de leur capacité à revenir à leur
état initial après la déformation. Une
structure avec une bonne résistance
Fig.12:Exemple d’une structure
hypostatique, isostatique et
hyperstatqique
Fig.13:Ce schéma représente la
relation entre les contraintes et
les déformations dans la phase
élastique, où elle se traduit
par le module de Young. En
dépassant la limite plastique,
les déformations deviennent
permanentes jusqu’à ce qu’elles
atteignent la résistance maximale,ce
qui entraîne la rupture
du matériau.
18

La structure comme langage architectural
ne va pas s’effondrer mais elle peut
devenir incapable de remplir sa
fonction à cause de sa déformation
permanente, cela réfère à deux
notions, de l’état limite ultime et
l’état limite de service.
Contreventer – ponter –
supporter
Nous venons de citer les quatre
propriétés essentielles que doit
présenter une structure pour
pouvoir assurer sa fonction. Chaque
structure doit atteindre l’équilibre,
être stable, avoir une résistance et
une rigidité convenables, mais si nous
cogitons davantage sur l’objectif
derrière ces caractéristiques, nous
remarquons que l’action de la
structure n’est pas seulement de
supporter les charges, mais c’est
une combinaison de trois actions :
supporter, contreventer et ponter.
- Supporter : transmettre
les charges vers le sol.
- Ponter : c’est dérivé du pont
qui connecte un bord à un autre
pour permettre le passage audessus
d’une rivière ou de chaque
dépression de terrain. En général,
dans chaque structure, l’action de
ponter consiste à couvrir un espace.
- Contreventer : cela vient de la
combinaison des mots « contre » et
« vent », ce qui signifie la capacité
d’une structure à résister aux vents
et, en général, à toute charge latérale.
Il est utile de noter que le
contreventement est l’action qui
crée la différence entre un simple
équilibre face à des charges axiales
et une forte stabilité de la structure.
Ainsi, le contreventement renforce
la stabilité d’une structure, d’autant
plus que, dans l’architecture, on se
retrouve souvent avec des formes
moins stables, mais plus pratiques
au niveau de la programmation des
espaces, comme les portiques, qui,
dans leur forme brute, résistent
mal aux charges horizontales.
Par exemple, dans ce système
(Fig.14), une petite perturbation
peut être critique pour la stabilité
de la structure, ce qui nécessite
un système de contreventement
pour stabiliser la structure et
la rendre capable de revenir
à son état d’équilibre, peu
importe la direction des charges.
Cependant, pour satisfaire les
exigences de l’architecture, d’autres
types de contreventement peuvent
être envisagés, comme montré
dans les schemas ci-dessous
(Fig.15). Un cadre rectangulaire
peut être stabilisé par l’ajout d’un
contreventement diagonal, par un
diaphragme rigide ou encore par
l’intégration de nœuds rigides. Un
seul nœud rigide suffit en réalité à
Fig.14:Un cadre rectangulaire
avec quatre articulations
peut atteindre
un état d’équilibre, mais
il est instable car toute
légère perturbation latérale
peut entrainer son
effondrement. Le cadre
à droite est stabilisé par
un contreventement
diagonal qui ne contribue
pas directement à la
résistance aux charges
gravitationnelles.
Fig.15:Les différentes
méthodes de contreventement
19

La structure comme langage architectural
assurer la stabilité.
Efforts tranchants, normaux
et moments fléchissants
Afin d’amener les études
structurelles on recourt à des
représentations simplifiées, les
forces et les réactions d’appui sont
représentées par des vecteurs
ayants la même direction et une
largeur proportionnelle avec leur
force, ce qui résulte aux efforts et
aux moments suivants :
- Effort normal : la composante
N de la somme des projections de
toutes les forces agissant suivant
la normale l’axe longitudinale de
l’élément
- Efforts tranchants les forces
transversales sont les sommes des
projections de toutes les forces
agissant suivant l’axe transversal
- Moments fléchissants : les
composantes du vecteur moment
représentant la somme des moments
de toute les forces par rapport aux
axes d’inertie principaux
- Moments de torsion : le
moment de torsion est la somme
des moments de toutes les forces
intérieures par rapport à l’axe X
perpendiculaire à la section
En suivant la méthode de section qui
vise à diviser l’élément structurel
pour faciliter son étude dans le but de
déterminer les réaction d’appui en se
basant sur les données forces et des
charges externes, les résultats sont
représentés dans des diagrammes
des efforts et des moments, ce
dernier permet de comprendre
le comportement général de la
structure en se focalisant sur les
valeurs maximales et minimales et la
forme du diagramme
Fig.16:Exemples des diagrammes des efforts
tranchants et moment fléchissant selon les cas
20

La structure comme langage architectural
Partie I .
La séparation entre la structure et l’architecture,
l’évolution historique.
21

La structure comme langage architectural
Introduction :
L’objectif de ce chapitre est d’explorer les racines historiques de la séparation
progressive entre l’architecture et l’ingénierie. Nous allons étudier la relation
entre la nature de la profession d’architecte et les formes de collaboration
avec les autres corps de métier de la construction, ainsi que l’approche
conceptuelle durant les époques majeures emblématiques de l’histoire de
l’architecture. Nous allons examiner comment les grandes structures héritées
de l’histoire des constructions humaines ont émergé à une époque où les
rôles étaient totalement intégrés, avec une polyvalence des profils d’experts
qui concrétisait efficacement la fusion entre l’architecture et l’ingénierie.
Ensuite, nous aborderons les premiers moments où la spécialisation est
devenue un inévitable effet de la révolution industrielle, menant à un divorce
malheureux entre deux disciplines qui sont intuitivement interconnectées.
22

La structure comme langage architectural
Chapitre I. Histoire de la séparation
entre l’architecture et l’ingénierie
L’architecture antique :
La Mésopotamie
(À partir de 3500 av. J.-C.)
Lorsque nous parlons de
l’architecture antique, l’une des
premières formes architecturales
qui surgit à nos esprits appartient à
l’architecture de Mésopotamie. Elle a
vu le jour vers le IVe millénaire avant
notre ère, dans la région située entre
les fleuves du Tigre et de l’Euphrate
où se sont développées les fameuses
civilisations, des Sumériens et
des Babyloniens. L’architecture
mésopotamienne est caractérisée
essentiellement par des structures
monumentales qui reflètent
les croyances religieuses et les
traditions sociales de la population.
Ces grandes structures servaient à
marquer la hiérarchie administrative
du centre qui s’est inséré lors du
développement des premières citésétats,
notamment avec la civilisation
de Sumer, environ 4500 - 1900 av.
J-C.
Les ziggourats, par exemple, étaient
la forme architecturale courante
pour imposer l’autorité du centre
administratif, il s’agit de structures
pyramidales à degrés construites en
briques d’argile mélangées à de la
paille.
La plus haute des ziggourats
atteignait déjà 91 mètres,
notamment la ziggourat de Babylone,
principalement édifiée sur plusieurs
étages, chacun est plus petit que
le précédent, avec un temple au
sommet. La base servait de fondation
solide, tandis que les étages
supérieurs étaient conçus pour être
progressivement plus légers. Cette
conception architecturale répondait
à des exigences structurelles pour
éviter l’effondrement de l’édifice
causé par l’accumulation du poids
des briques qui exercent une
pression croissante de haut en bas.
Bien que cette logique puisse sembler
intuitive, elle était primordiale pour la
construction de structures massives
et monumentales dans des régions
où l’argile et la brique étaient les
matériaux dominants. C’est un
système structurel qui fonctionne en
compression et constitue également
l’enveloppe architecturale. On
Fig.17:Reconstitution de
la ziggurat d’Ur.(Source:
URL: https://cliolamuse.
com, 09/10/2024)
23

La structure comme langage architectural
diminue la surface en progressant
en hauteur pour réduire la charge
descendante et pour compenser
les forces de compression qui
augmentent en fonction de la
descente des charges. Les murs sont
inclinés pour éviter l’effondrement
des briques sous leur propre poids,
le tout dans une recherche pour
augmenter la stabilité. Cela révèle
une cohérence de conception qui ne
faisait pas de distinction entre les
taches d’architecture et d’ingénierie,
par ailleurs, elle était en grande
partie guidée par les directives et
la volonté des autorités religieuses
et administratives, en particulier les
prêtres et les rois.
D’autre part, la forme architecturale,
porte une symbolique qui est
interprétée par les historiens et les
archéologues comme une volonté
d’ascension spirituelle vers le divin.
Le témoignage en est que le sommet
était toujours réservé pour un
temple et un lieu de méditation à
fin d’établir un lien entre la terre
et le ciel. Compte tenu de leur
position centrale par rapport à la
cité-état, elles représentaient le
centre du monde et le cœur religieux,
politique et social de la cité. La
coexistence entre le symbolisme
et la réflexion structurelle est très
intéressante dans le sens ou ça
enrichit l’expression architecturale à
travers la figuration et la métaphore
qui est l’un des langages forts de
l’architecture.
Ce système de structure n’a pas
cessé d’inspirer l’architecture des
civilisations qui ont succédé, même
après la Mésopotamie comme
l’Égypte antique, qui l’a développé
davantage pour arriver à une
morphologie géométriquement
plus parfaite. Même dans la culture
islamique, ce type de structure
peut être trouvé dans la conception
d’édifices de grandes hauteurs,
notamment les minarets comme
l’exemple de la grande mosquée de
Samarra qui atteint les 52 mètres
de hauteur et se caractérise par
une forme spirale suivant la même
logique structurelle.
D’autres structures légendaires
sont liées à ce type de construction,
comme les jardins suspendus
de Babylone, l’une des sept
merveilles du monde antique. Ils
sont mentionnés dans les écrits de
nombreux auteurs de l’Antiquité,
tels que Diodore de Sicile, Strabon et
Philon d’Alexandrie, en se basant sur
des sources antérieures aujourd’hui
perdues, notamment le prêtre
babylonien Bérose. Selon ce dernier,
les jardins ont été construits par
Nabuchodonosor II (605-562 av.
J.-C.) pour rappeler à son épouse,
Amytis de Médie, les souvenirs des
forêts montagneuses de son pays
natal à côté d’Ecbatane. Ils ont été
édifiés près de l’actuelle Bagdad
en Irak, Ces jardins étaient une
série de terrasses superposées,
soutenues par des voûtes en brique,
et abritaient une grande variété
de plantes et d’arbres avec un
système d’irrigation complexe pour
les entretenir. L’eau était pompée
depuis l’Euphrate et distribuée à
travers les terrasses par un réseau
de canaux et de conduits en argile.
Ainsi, cette architecture mythique
incarne la maîtrise de l’ingénierie
structurelle et hydraulique, de
l’architecture paysagère de l’époque
et elle symbolise aussi la puissance
de la civilisation antique.
Fig.18:La Tour de Babel vue
par Pieter Brueghel l’Ancien au
XVIe siècle.(Source: Wikipedia,URL:
https://fr.wikipedia.
org,09/10/2024)
24

La structure comme langage architectural
L’Egypte antique
(À partir 3150 av. J-C,pendant 3 000 ans)
Il est sans doute impossible
d’explorer l’évolution de l’équation
architecture-structure dans l’Egypte
antique sans étudier l’une des
plus impressionnantes structures
de l’histoire, les pyramides, ces
monuments funéraires en pierre
construits à partir de 2600 ans
avant notre ère, ils perdurent dans
le temps pour continuer à interpeller
la curiosité des historiens et des
archéologues. La plus grande et
la plus iconique est la fameuse
pyramidé de Khéops, la seule œuvre
des sept merveilles du monde
antique à survivre, C’est par ailleurs
pourquoi les pyramides constituent
un exemple intéressant dans notre
étude de relation entre l’architecture
et la structure dans l’histoire, Si
nous pouvons encore visiter ces
monuments, c’est parce que leur
structure et leur forme leur ont
permis de persister dans le temps, en
les transformant d’une architecture
funéraire qui instaure le pouvoir, à
une architecture abstraite servant
d’un livre qui raconte l’histoire des
civilisations ancestrales.
L’architecture funéraire de l’Egypte
antique s’est développée des
mastabas aux pyramides à degrés,
puis à la pyramide géométrique, selon
les études théologiques et politiques,
elles symbolisent la vertu divine
et l’aspiration humaine à s’élever
vers le dieu du Soleil. L’identité
des architectes n’est pas connue
avec certitude, car les documents
de l’époque sont limités. Toutefois,
les historiens et les égyptologues
jugent que les pharaons, en tant
que dirigeants de l’Egypte ancienne,
ont généreusement contribué
dans les principaux aspects de la
conception. Si l’on fait la similitude
avec le système actuel de la relation
entre l’architecte et le client, cela
n’aurait pas été très inhabituel. De
plus, il existe plusieurs indications
qui attribuent la conception à des
figures historiques égyptiennes
telles que Khufu, Hemiunu et
Imhotep. Leurs noms ont été
repérés dans des inscriptions avec
des titres tels que «directeur de
tous les travaux». Ces noms sont
parfois liés à un rôle d’ingénieur à
cause de leur implication présumée
Fig.19:L’évolution des pyramides
des mastaba aux pyramides
géométriques.
Fig.20:Reconstitution des structures de la pyramide
de Niouserrê à Abousir, Celle-ci met en lumière le
stade de construction durant lequel le premier gradin
est terminé, et la deuxième couche de chevrons
achevée d’être posée dans la fosse de construction.
ce qui renforce l’hypothèse de la structure de la pyramide
de Meidum (dessin : Franck Monnier, source
: Research-gate,URL: https://www.researchgate.
net,10/10/2024 ).
25

La structure comme langage architectural
dans la construction. Les rôles
d’architecte et d’ingénieur étaient
généralement combinés dans les
sociétés anciennes, et les personnes
responsables de la conception et de
la construction avaient fréquemment
une expertise polyvalente en
architecture, en ingénierie, en
géométrie, et des compétences
organisationnelles nécessaires
pour coordonner des projets de
construction monumentaux.
L’architecte de l’Égypte antique avait
un statut social très respecté, au
point d’être parfois vénéré. Imhotep,
crédité de la construction de la
première pyramide à degrés, celle de
la pyramide de Djéser à Saqqarah, qui
marque la transition des mastabas
vers les pyramides, était connu en
tant que Visir (le premier ministre)
et architecte du roi. Il était aussi
le grand prêtre d’Héliopolis et
médecin. Des inscriptions telles que
« grand des voyants (grand prêtre
d’Héliopolis) » et « maître artisan des
sculpteurs et des maçons » ont été
découvertes par des archéologues
sur un fragment de statue du
roi. Après sa mort, Imhotep a été
divinisé, devenant une figure sacrée
en tant que Dieu de la sagesse et de
la médecine.
À l’aube de le IVe dynastie,
pendant le règne de Snéfrou, les
toutes premières tentatives de
construction de pyramides ont
débuté. En premier lieu conçues avec
une pente de 54°, des instabilités
ont conduit à des modifications, en
intégrant une inclinaison d’environ
43° à mi-hauteur, ce qui a donné
naissance à la pyramide rhomboïdale
à double pente. La découverte des
ruines de la pyramide de Meïdoum,
avec une base en pente de 51° et
une hauteur de 144 m, a provoqué
diverses hypothèses controversées
sur la structure des pyramides.
Certains, comme le physicien
allemand spécialisé en pyramidologie,
le Dr Kurt Mendelssohn, suggèrent
que cette pyramide était la première
tentative, affaiblie et effondrée
à cause de sa forte pente, ce qui
a exposé la vraie structure des
pyramides indépendamment de leur
type, (FIG.21),
Cela aurait incité les constructeurs
à opter pour la pente de 43° dans
la première pyramide à face lisse, la
pyramide rouge de Snéfrou.
Fig.21:Plans en coupe de la pyramide rhomboïdale (dessin : Franck Monnier, source :
Research-gate,URL: https://www.researchgate.net,10/10/2024).
26

La structure comme langage architectural
Les trois pyramides de Gizeh,
construites durant le IVe dynastie,
surpassent les autres. Khéops,
avec ses dimensions imposantes
(hauteur de 146 mètres, base de
230 mètres, pente de 51° 50’),
Khephren légèrement plus petite,
mais avec une pente de 53°, et
Mykérinos, plus modeste avec 66
mètres de hauteur et une pente de
51° 20’. D’une manière similaire aux
précédentes, elles enferment une ou
plusieurs chambres consacrées pour
accueillir la dépouille du roi dans un
sarcophage, à côté d’objets en or.
Elles sont connectées par un réseau
complexe de couloirs dont certains
semblent avoir été conçues à fin de
désorienter les intrus.
Si nous parlons de la construction
de ses volumes qui atteignent les
3 millions de tonnes de blocs de
calcaire, nous sommes sûrement
impressionnés par les méthodes
de déplacements des matériaux,
la coordination des travaux, mais
aussi la précision de la construction
notamment le rapport à l’horizontale
qui suscite des suppositions sur
les connaissances mathématiques
avancées des Egyptiens, à savoir la
compréhension du nombre grec pi qui
aurait permis de reproduire le même
angle dans toutes les pyramides, à
l’exception de deux qui ont une pente
de 43 degrés. Néanmoins, l’ingénieur
T.E Collins propose une hypothèse
alternative en suggérant que les
égyptiens auraient pu obtenir cet
angle en faisant rouler un cylindre
à la base d’un côté de la pyramide.
Si le cylindre avait été mesuré
en nombres entiers de rotations
complètes autour de son axe, les
52 degrés d’inclinaison des côtés
résulteraient alors de la hauteur de
la pyramide, équivalente à quatre fois
le diamètre du cylindre multiplié par
le nombre de rotations complètes.
Ainsi, l’autre pente de 43 degrés
représente une hauteur de 3 fois le
nombre de rotations du diamètre
du cylindre. Si cette explication est
correcte elle aura non seulement
résolu un mystère, mais elle nous
aura aussi poussés à tirer des leçons
importantes sur une architecture
qui est basée sur une bonne
compréhension de la géométrie sans
nécessairement avoir besoin de faire
des calculs complexes.
Fig.22:Statuette of Imhotep,
664–30 BC (source : https://
fr.wikipedia.org,09/10/2024)
Fig.23:La figure A illustre le
rôle qu’attribue Dieter Arnold
à la tranchée de construction
d’une pyramide. Il est manifeste
que l’espace disponible n’ait
pu permettre à une équipe
d’ouvriers de pouvoir hisser et
déplacer des monolithes pesant
plusieurs dizaines de tonnes.
Un tel cheminement aurait
été facilité par un ensemble
de manœuvres effectuées
depuis une vaste plate-forme
dénuée de tranchée (dessin :
Franck Monnier, source : Research-gate,URL:
https://www.
researchgate.net,10/10/2024 ).
27

La structure comme langage architectural
La vallée de l’Indus
(3200-1900 av. J.-C.)
La civilisation de la vallée de l’Indus,
aussi communément appelée la «
civilisation Indus-Saraswati » ou
encore « civilisation harappéenne
», prospérait entre environ 2600
et 1900 av. J.-C. dans ce qui est
aujourd’hui le Pakistan et le nordouest
de l’Inde. Dans un territoire
beaucoup plus étendu que celui
de la Mésopotamie et de l’Égypte,
cette civilisation a développé
une architecture urbaine avantgardiste
qui témoigne d’une maîtrise
impressionnante de l’urbanisme,
de l’ingénierie hydraulique et de la
structure. Deux des principales villes
étaient Harappa (Pendjab, Pakistan)
et Mohenjo-Daro (Sind, Pakistan).
Cette dernière constituait une
véritable métropole qui s’étend sur
plus de 200 hectares et qui pouvait
héberger jusqu’à quarante milles
personnes. Elle représentait une
cité modèle dans laquelle le mur
porteur en brique cuite constituait
le système structurel principal,
permettant une conception urbaine
strictement quadrillée, coupée
en deux par un boulevard de dix
mètres de large et traversée par un
réseau de rues bien tracées dotées
d’un système d’égouts avancé.
Les maisons étaient construites
en briques cuites sur deux ou trois
étages avec des toits plats. Son
système constructif s’inspirait
des constructions de ses origines
préhistoriques comme celles de la
ville de Mehrgarh (Baloutchistan,
Pakistan), qui date du néolithique.
En plus de son attention particulière
à l’urbanisme, la civilisation de l’Indus
est reconnue comme pionnière en
matière d’hygiène et maîtresse
de l’ingénierie hydraulique, en
inventant le système moderne
de « tout à l’égout ». Des sources
d’approvisionnement public en
eau et des systèmes ingénieux
d’assainissement étaient conçus
dans plusieurs villes. Les maisons
individuelles ou les groupes de
Fig.25: Systeme constructif de
la ville de Mehrgahr. (Source:
Article: Le défi que nous lance
la modernité de la Civilisation
de l’Indus, URL: https://artkarel.
com, 10/10/2024)
Fig.24:Vue des ruines de la
ville de Mohenjo-Daro, équipée
de bains privés et publics,
d’égouts et de toilettes rinçables.
(Source: Article: Le défi
que nous lance la modernité
de la Civilisation de l’Indus,
URL: https://artkarel.com,
10/10/2024)
28

La structure comme langage architectural
maisons s’approvisionnaient en eau à
travers des puits pour l’alimentation
et l’hygiène personnelle (bains,
toilettes) mais aussi pour les activités
économiques des habitants. Chaque
habitation possédait une salle de
bain et des latrines privées en
brique reliées à un réseau communal
d’égouts pour l’évacuation des eaux
usées, se déversant soit dans un
canal du port, soit dans une fosse en
dehors des murs de la ville, soit dans
des urnes enterrées équipées d’un
trou pour l’évacuation des liquides,
qui étaient régulièrement vidées et
nettoyées. Plusieurs habitations de
la ville étaient constitués de deux
étages ou plus. L’eau qui ruisselait
du toit et des salles de bain des
étages supérieurs était canalisée
à travers des tuyaux en terre cuite
fermés ou des goulottes ouvertes
qui se vidaient via les toilettes dans
les égouts couverts sous la rue.
Ce qui en fait l’une des premières
civilisations à inventer le système
d’hygiène tel que nous le
connaissons aujourd’hui, selon une
étude scientifique de 2016 intitulée
« L’évolution des toilettes dans le
monde à travers les millénaires » :
« Les premières toilettes à chasse
d’eau multiple reliées à un système
d’égouts sophistiqué qui ont été
identifiées jusqu’à présent se trouvaient
dans les villes antiques de
Harappa et Mohenjo-daro dans la
vallée de l’Indus.»
Pour cette raison, il n’est pas
surprenant que l’une des structures
les plus importantes de cette
civilisation soit le Grand Bain de
Mohenjo-daro, considéré comme le
« premier réservoir d’eau public de
l’Antiquité ». Il mesure 11,88 mètres
sur 7,01 mètres et a une profondeur
de 2,43 mètres. Il est doté de deux
larges escaliers servant d’entrées
situées au nord et au sud. La
construction est soutenue par des
murs porteurs épais en briques
de terre cuite et des colonnes en
briques aux bords nord, sud et est.
Les colonnes préservées étaient
renforcées aux angles, et une
série de chambres située à l’est
semble avoir été destinée à servir
de réservoir d’eau et de collecte
des eaux pluviales. Les parois du
bain étaient habillées d’une couche
de bitume étanche. Grâce à cette
méthode de construction simple
qui utilise seulement des matériaux
locaux, cette civilisation a laissé une
trace durable à travers des ruines
qui révèlent une société avancée
en matière de construction et
d’urbanisme.
Fig.26:Douche avec canalisations
d’évacuation. (Source:
Article: Le défi que nous lance
la modernité de la Civilisation
de l’Indus, URL: https://artkarel.
com, 10/10/2024)
Fig.27:Les ruines du grande
bain de Mohenjo-daro. (Source:
Article: Le défi que nous lance
la modernité de la Civilisation
de l’Indus, URL: https://artkarel.
com, 10/10/2024)
29

La structure comme langage architectural
La Chine antique
(2070 av.J.-C.-220 apr. J.-C. 1 )
Il est impossible d’évoquer la
civilisation chinoise sans parler de son
histoire riche et ancien qui prend ses
origines dès la préhistoire et connaît
une succession de nombreuses
dynasties. La première dynastie
connue au monde est celle de la
dynastie Xia (c. 2100-1600 av. J.-C.).
Le long de son histoire, la Chine s’est
développée significativement en
termes d’architecture, de structures,
de militaire, de philosophie et de
médecine. L’une des structures
les plus représentatives de son
architecture est la pagode, c’est une
structure qui est répandue dans
plusieurs régions de l’Asie de l’Est,
notamment au Japon et en Corée,
ainsi que dans d’autres régions
influencées par la culture chinoise.
Pourtant, l’origine de la pagode
remonte à l’Inde ancienne, où elle
était au début utilisée comme
monument commémoratif pour
abriter des reliques sacrées du
Bouddha. Elle a été introduite en
Chine au début de la dynastie Han
(206 av. J.-C. - 220 apr. J.-C.) et
s’est vite ajustée pour s’adapter
à l’architecture et à la culture
chinoises. Au cours du temps, elle est
devenue un symbole emblématique
du bouddhisme et de la spiritualité
en Asie de l’Est.
Il s’agit d’une tour à plusieurs étages,
chaque étage de la structure devient
graduellement plus petit au fur et à
mesure qu’il s’élève. La forme et le
nombre d’étages changent selon les
régions et les styles architecturaux.
Les pagodes peuvent accueillir entre
trois et quinze étages, voire plus
1 de la dynastie Xia (vers 2070 - 1600 av. J.-C.)
jusqu’à dynastie Han (206 av. J.-C. - 220 apr. J.-C.)
dans certains cas. Elle est construite
en bois, en pierre ou en brique, et le
toit est généralement recouvert de
tuiles.
En analysant la forme de ce
bâtiment, nous remarquons que sa
conception a intégré les deux d’une
manière mutuelle. Du point de vue
architectural, la succession des
étages et ses formes rythmiques
suivent une composition formelle
proportionnelle par rapport à
l’axe horizontal et symétrique par
rapport à son axe vertical, ce qui
donne une expression architecturale
harmonieuse et équilibrée. Du point
de vue structurel, le bâtiment
est constitué d’une base souvent
construite en pierre ou en béton
pour garantir une stabilité solide. Une
colonne centrale en bois ou en pierre
soutient la structure entière de la
pagode et est conçue pour résister
aux charges verticales et supporter
les étages supérieurs. Les étages
sont construits souvent en bois avec
des poutres et des colonnes pour
soutenir le toit de chaque niveau.
le toit de la pagode est souvent
recouvert de tuiles ou de bardeaux
pour protéger la structure des
intempéries.
Ce qui est encore plus
impressionnant que son architecture,
c’est sa conception parasismique qui
est conçue pour être flexible, Cela
renvoie d’une part à sa structure en
bois qui absorbe l’énergie sismique
et s’adapte aux mouvements avec
une grande souplesse, et d’autre
part à l’assemblage des éléments
structurels qui n’est basé que sur
des imbrications sans utilisation de
clous ; ils s’encastrent parfaitement
les uns dans les autres grâce à
des techniques sophistiquées
Fig.28:Coupe montrant l’assemblage
de la structure du
pagode par rapport au pilier
central (Source: Nipponia
URL: https://web-japan.org,
11/10/2024)
Fig.29:Détail d’assemblage
avec la technique de la mortaise
en haut et le tenon en bas
30

La structure comme langage architectural
d’assemblage, incluant des tenons,
des mortaises, des abouts et des
languettes. De ce fait, si le sol se
met à trembler, les surfaces des bois
engagées dans ces intrications de
joints se déforment et se frottent
les unes contre les autres. Ce
mécanisme agit comme une barrière
à la propagation de l’énergie sismique
vers le sommet de la pagode. Une
pagode à cinq étages dispose ainsi
d’environ mille joints mortaisés
robustes.
Mais le facteur le plus important
de sa résistance réside dans
l’arrangement de la structure des
étages. On peut l’expliquer d’une
manière expérimentale en imaginant
cinq bols inversés empilés. En
perçant un trou au fond de chaque
bol et en y insérant une baguette
fixée verticalement, les bols forment
une tour à la fois flexible et stable
qui reste debout même lorsqu’on
secoue le plateau. Si l’un des bols
s’écarte un peu trop sur le côté, il
sera retenu, ainsi que les autres,
par l’épine dorsale de la baguette.
Lors d’un séisme, le pilier central
oscille légèrement comme un
pendule pointé vers le ciel, ce qui
aide à atténuer la force sismique.
Étonnamment, les techniques
de construction des pagodes à
cinq étages sont aussi utilisées
dans certains grands immeubles
modernes. Les anciens immeubles
en pierre étaient robustes et rigides.
Mais les constructions récentes
sont conçues pour être flexibles, et
permettre les oscillations légères afin
de s’adapter aux forces sismiques et
de créer une force de rappel, à l’instar
des pagodes à cinq étages. Des
couches de caoutchouc stratifiées
sont placées sous les fondations, et
un système d’amortissement avec
des cadres solidaires est intégré
aux piliers, poutres et murs. De plus,
des réservoirs d’eau partiellement
remplis sont installés sur les
toits pour atténuer les effets des
secousses sismiques.
C’est ainsi que les pagodes se
tiennent encore fièrement dans la
paix des anciens temples japonais,
prêtes à accueillir gracieusement les
visiteurs malgré la nature violente de
l’environnement et la fréquence des
catastrophes naturelles 2 .
Fig.30:démonstration physique
du principe de la résistance
sismique des bâtiments de type
pagodes (Source: Nipponia
URL: https://web-japan.org,
11/10/2024)
Fig.31:schéma montrant le
comportement du pagode lors
d’un séisme (Source: Nipponia
URL: https://web-japan.org,
11/10/2024)
2 Référence : web-japan.org
31

La structure comme langage architectural
La Grèce antique
(du VIV ème -I er siècle av. J. -C. )
La Grèce antique s’étend du environ
VIIIe siècle av. J.-C. Jusqu’à la fin
de l’Antiquité, son architecture est
une manifestation exceptionnelle
de l’intégration du raisonnement
structurel dans le langage
architectural, ce langage qui a
influencé l’architecture occidentale
d’une façon considérable, il a permis
à la logique formelle de la structure
de décider le geste architectural
tout en impliquant une philosophie
esthétique basée sur l’ornement
des structures, ce qui a donné lieu
aux trois ordres architecturaux des
colonnes de l’architecture grecque :
le dorique, l’ionique et le corinthien.
Le dorique est le plus sobre et le plus
vigoureux, identifié par ses colonnes
cannelées et ses chapiteaux simples.
L’ionique, plus élégant et élancé,
se caractérise par ses spirales aux
extrémités des chapiteaux. Alors que
le corinthien, il est le plus ornementé
avec des chapiteaux embellis de
feuilles d’acanthe.
L’architecture grecque est marquée
par la symétrie, l’harmonie le
rythme et la proportion, en suivant
les méthodes géométriques et en
utilisant des matériaux courants
comme la pierre, le marbre et la terre.
Le marbre, en particulier, provenant
principalement des carrières de
Pentélique près d’Athènes, était
favorisé à cause de sa blancheur et
de sa durabilité. L’aspect mythique
de son architecture se voit par de
sculptures détaillées, de frises et
de frontons qui représentent des
scènes fabuleuses qui glorifiaient les
dieux ou les héros de la mythologie
grecque, reflétant ainsi les
croyances et les valeurs de la société
grecque antique.
Le Parthénon est l’un des
monuments les plus célèbre de
l’architecture grecque antique,
situé sur l’Acropole d’Athènes.
Construit entre 447 et 432 av. J.-C.,
Fig.32:Les trois styles de
colonnes : Dorique, Ionique et
Corinthien, représentent des
éléments structurels et décoratifs
de l’architecture grecque qui
est caractérisée par l’ordre et
la proportion visuelle. (Source
: Article : Comment apprécier
l’art architectural,URL: https://
www.artistsflowparis.com,
12/10.2024)
Fig.33: Le Parthénon grec
(Source : Constructies, Ir J Oosterhoff
)
32

La structure comme langage architectural
et mesure environ 69,5 m de long sur
30,9 m de large et repose sur une
base imposante. C’est un exemple
historique d’un bâtiment qui consiste
en une armature structurelle visible
ajustée de manière assez mineure
pour des raisons esthétiques et
d’une forme architecturale qui est
le résultat logique de son ossature
structurelle, ce qui se manifeste avec
les colonnes d’ordre dorique sur ses
façades. Les colonnes, mesurant 10,4
m de hauteur et 1,9 m de diamètre
à la base, ses dimensions sont
imposantes en termes d’épaisseur
afin d’éviter l’effondrement et le
flambement causé par la nature des
matériaux et le système compressif
de la construction. Le temple est
principalement construit en marbre
pentélique, u. Les pierres étaient
taillées avec précision et assemblées
sans utilisation de mortier, ce qui
illustre la maîtrise des techniques de
construction des Grecs.
La fonction essentielle du Parthénon
était consacrée à la déesse Athéna
Parthénon, protectrice de la cité
d’Athènes, mais il servait également
de trésor pour abriter les fonds
de la cité. Sa conception et son
ornementation reflètent l’apogée de
l’architecture grecque.
Fig.34: a) Plan du Parthénon montrant le rapport 9:4 entre la
largeur et la hauteur ; (b) élévation du Parthénon montrant le
rapport 9:4 entre l’entraxe et le diamètre des colonnes (Source :
Woodford, 1981, p. 17).
33

La structure comme langage architectural
La Rome antique
(VI ème siècle av.J.-C. - V ème siècle av.J.-C. )
A chaque fois que nous essayons
d’étudier les traits architecturales
d’une architecture du monde antique
nous se retrouvons en train de décrire
les systèmes structurels, si nous
parlons du bâtiment sans rentrer
dans les détails de l’agencement
et la planification de l’espace, ce
constat se confirme davantage
quand nous essayons d’identifier les
caractéristiques de l’architecture
romaine qui emploie beaucoup
d’arches en plein cintre, cela n’est
qu’une manifestation de la recherche
des architectes-ingénieurs d’un
système constructif le plus optimal
et qui s’adapte parfaitement
avec les aspirations culturelles,
les techniques de construction, la
nature des matériaux disponibles, La
forme globale des bâtiments dérive
des conséquences logiques des
nécessités structurelles,
Alors il ne sera pas étrange de
percevoir l’architecture romaine
comme une démonstration parfaite
de l’intégration de l’ingénierie
structurelle dans le langage
architectural, cela ce manifeste
dans l’architecture à travers des
monuments et ouvrages d’art
comme les amphithéâtres, les
temples et les aqueducs, ces derniers
illustrent une révolution technique
qui permet l’acheminement d’une
eau propre, canalisées via des tunnels
en pierre jusqu’aux habitations d’un
million de citoyens romains. Les
arches élégantes traversent les
campagnes, tandis que d’incroyables
tunnels souterrains fournissent
des quantités très importantes
d’eau potable, ce qui permet une
urbanisation non limitée aux bords
des rivières.
Ce système de canalisation dépend
de la gravité pour acheminer l’eau
des rivières, en utilisant l’un des
premiers systèmes hydrauliques
inventés par le célèbre hydraulicien
Frontin. Les aqueducs étaient si bien
conçus qu’ils sont les seuls services
publics de la Rome antique encore
utilisés de nos jours. Ils franchissent
les collines et vallées jusqu’aux villes,
Fig.35: Coupe Aqueduc romain
: Pont du Gard entre 40 et
50 après j.-c (Source: Constructies,
Ir J Oosterhoff)
34

La structure comme langage architectural
tout en suivant une pente modérée
pour ralentir l’écoulement dans
des bassins de décantation afin de
permettre le dépôt des impuretés.
Pour maintenir la même déclivité
lorsqu’un tunnel émerge de l’autre
côté de la colline, il était nécessaire
de redresser la galerie en l’appuyant
sur un mur de briques ou de pierre.
Plus la pente à rattraper est forte,
plus le mur s’élève. Cependant, les
Romains ont opté pour l’utilisation
d’arches semi-circulaires qui
répartissent les charges tout en
diminuant les coûts de construction
et en optimisant l’utilisation de
la pierre, on ajoutait un mortier
étanche obtenu à partir d’une roche
volcanique et de la chaux, ce qui
donne un ciment capable de durcir
même sous l’eau.
Les Romains, dans le but d’assurer
la stabilité de leurs structures, ont
pris des mesures précises pour
éviter l’effondrement des arches
en limitant leur hauteur à environ
20 mètres. Pour résoudre les
contraintes de hauteur imposées par
cette restriction, ils ont développé
une technique ingénieuse consistant
parfois à construire jusqu’à trois
étages d’arcades, comme illustré par
des exemples remarquables tels que
le pont du Gard en France(FIG.35).
Cette stratégie de construction,
qui vise à garantir la stabilité,
ne se limitait pas seulement aux
aqueducs. Elle a pareillement été
appliquée dans d’autres types
d’équipements architecturaux,
notamment les amphithéâtres,
comme le célèbre Colisée. Achevé en
80 après-J.- C. sous le règne de Titus,
le Colisée représente le plus grand
amphithéâtre de l’antiquité, avec des
façades en arcades atteignant une
hauteur étonnante de 48 mètres.
Un autre chef-d’œuvre romain est
le Panthéon de Rome, un temple
dédié à la panoplie divine érigé
en 120 apr. J.-C. sous le règne de
l’empereur Hadrien, il demeure le
bâtiment romain le mieux préservé,
il incarne un mélange harmonieux
entre le symbolisme architectural et
l’efficacité structurelle. La coupole de
44 mètres, triomphe de l’architecture
en béton, ne pouvait être conçu et
réalisé qu’après la découverte du
béton de pouzzolane par les Romains
qui furent les premiers à élever de
grandes structures monolithiques
et à surmonter les difficultés des
grandes portées en construisant là
une coupole qui est considéré comme
la plus grande de son époque, ce qui
témoigne de l’ingéniosité technique
déployée pour résoudre les défis
inhérents à son propre poids.
Confrontés à la nécessité
d’empêcher, l’effondrement de
la coupole, avec sa pression vers
l’extérieur à la base et le risque
d’effondrement vers l’intérieur au
sommet, les Romains ont élaboré une
solution ingénieuse. Ils l’ont bâtie
à l’intérieur de contreforts massifs
similaires à des murs, tout en
entourant la base de la coupole avec
des colliers en béton, dont l’épaisseur
se réduit progressivement à mesure
que l’on s’élève, jusqu’à ce qu’elle
soit couronnée d’une ouverture
circulaire de 9 mètres de diamètre qui
s’ouvre vers le ciel, dans l’objectif de
réduire la masse de béton. L’oculus,
seule ouverture du bâtiment,
permet l’infiltration d’une cascade
de lumière, attribuant à l’espace une
atmosphère sacrée. Par ailleurs, le
réseau de caissons carrés creusés
dans la paroi intérieure de la coupole
35

La structure comme langage architectural
contribue aussi à la réduction des
contraintes.
L’architecte a prévu de soutenir
cette demi-sphère gigantesque
avec huit piliers d’une épaisseur de
6 mètres, complétés par des puits
d’inspection. Un ensemble d’arches
a été inséré dans le mur pour réduire
le poids et canaliser les charges vers
les piliers.
L’invention du béton romain a
conféré aux architectes romains une
liberté de conception remarquable,
cela a introduit les tous premiers
aspects d’adaptation de la forme
à la fonction dans l’histoire de
l’architecture. Cette invention a joué
un rôle central dans la puissance de
l’architecture romaine, en créant
un matériau durable et polyvalent
qui a ouvert de nouvelles visions
de l’architecture. L’architecturale
Romaine jouait un rôle indicatif pour
exprimer la puissance de l’empire
au point qu’elle était le critère de
mesure du succès, ce qui explique
l’implication des empereurs dans la
conception des édifices, en cherchant
à exprimer leur autorité à travers des
monuments grandioses. Dans une
compétition furieuse qui vise à ériger
les structures les plus imposantes,
les architectes, qui assumaient
également le rôle d’ingénieur,
ont été incités à développer des
solutions ingénieuses pour résoudre
des problématiques autrefois
considérées comme insurmontables.
Cette dynamique compétitive a
apporté à l’architecture une avancée
technique remarquable, en incitant
les professionnels à repousser les
limites de l’ingénierie et à repenser
les normes établies. Le besoin de
créer des monuments à la hauteur
de la grandeur impériale a catalysé
l’émergence de concepts innovants,
remplaçant les contraintes
techniques par des possibilités
intéressantes.
Fig.36: La partie symétrique
du plan de panthéon (Source:
Constructies, Ir J Oosterhoff)
Fig.37: Coupe de Panthéon de
Rome (Source : Constructies, Ir J
oosterhoff)
36

La structure comme langage architectural
L’architecture médiévale :
L’architecture romane
(XI ème -XII ème siècle)
L’architecture romane marque
le début de l’époque médiévale
qui s’épanouit en occident entre
les IXe et XIIe siècles. Elle se
caractérise par son aspect religieux
à travers ses massives églises, et
par l’utilisation de la pierre comme
matériau de construction principal.
Contrairement à l’architecture
grecque, qui privilégiait les blocs de
pierre finement taillés, les bâtisseurs
romans utilisaient généralement
des pierres de taille, ce qui donne
un aspect rustique et massif aux
constructions. Dans une perspective
qui se préoccupe de la pérennité
et de la solidité des édifices,
surtout pour les édifices religieux.
Les formes distinctives de
l’architecture romane ne sont pas
marquées uniquement par les
volumes imposants, mais aussi par
l’utilisation de la voute en berceau
qui exige des murs très épais à
cause des poussées exercées pour
éviter l’écroulement, ses façades
possèdent peu de fenêtres avec
des arcs en plein cintre et des
dimensions réduites, cela s’explique
à travers les charges importantes
exercées par le poids propre des
bâtiments qui ne permettent pas de
grandes ouvertures, ainsi les églises
romanes sont basses et sombres.
Prenant comme exemple nous
pouvons facilement remarquer
l’épaisseur frappante des murs et
des contreforts, les bâtisseurs des
premières églises accordaient une
attention particulière à la solidité
des murs en pierre, afin de remédier
aux contraintes imposés par le poids
des voûtes de pierre, ils bâtissent
des murs bas et d’une épaisseur
qui peut atteindre jusqu’à 1.9m, et
ils conçoivent des contreforts pour
Fig.38: voûte romane en plein
ceintre (Source : Dictionnaire
raisonné de l’architecture
française du XIe au XVIe siècle/
Voûte, URL: https://fr.wikisource.org,
07/11/2024)
Fig.39: Église abbatiale
de l’Abbaye Notre-Dame
de Bellaigue, à Virlet (Puyde-Dôme)
(Source: Wikipedia,URL:
https://fr.wikipedia.org,13/10/2024)
37

La structure comme langage architectural
les renforcer depuis l’extérieur.
Ces contreforts s’expriment
généralement sous la forme
decolonnes en pierre juxtaposés aux
murs pour prévenir leur basculement,
il n’existe qu’un nombre limité
d’ouvertures étroites ce qui limite la
lumière extérieure cependant, dans
le plan architectural les arcs en plein
cintre accordent aux édifices un
aspect majestueux et intemporel.
On peut citer comme exemple
représentatif de cette architecture
la cathédrale de Paray-le-Monial
construite en XIVe siècle en France
à
Bourgoge-Franche-Comté,
caractérisé par deux petites tours
à l’ouest et une grande tour de
transept avec une hauteur totale
de 56m, cette hauteur est garantie
par la forme circulaire, hexagonale
ou rectangulaire ce qui augmente
la stabilité des murs en pierre et
permet des hauteurs plus élevé par
rapport aux murs rectiligne qui sont
plus épais et moins élevé, typiques
de l’architecture romane, sont
largement utilisés à l’intérieur et à
l’extérieur de l’édifice. La cathédrale
est également disposée de voûtes
en berceau, qui contribuent à la
répartition du poids de la structure et
permettent la construction de nefs
plus élevées. Les arcs en plein cintre,
typiques de l’architecture romane,
sont largement utilisés autant à
l’intérieur qu’à l’extérieur de l’édifice.
A l’échelle du détail, la cathédrale
est parée de sculptures et de basreliefs
soigneusement travaillés.
Les chapiteaux des piliers intérieurs
sont sculptés avec des détails qui
illustrent des scènes bibliques et des
motifs floraux. Cela crée une touche
d’art roman qui rejoint la robustesse
de la structure.
Fig.40: L’église de Paray-le-Monial
(source: PASSERELLE, URL:
https://passerelles.essentiels.
bnf.fr, 13/10/2024)
38

La structure comme langage architectural
L’architecture gothique
(XII ème -XIV ème siècle)
Au XIIe siècle, la relation entre
l’ingénierie et l’architecture restait
étroite. Notamment avec les grandes
cathédrales gothiques avec ses arcs,
ses voûtes et ses arcs-boutants,
l’architecture gothique est un produit
d’une collaboration cohérente
entre différents acteurs qui sont
désignés d’une manière informelle
en tant qu’architectes, maçons,
constructeurs et charpentiers, sans
aucune indication de l’existence d’un
ingénieur dans le sens que nous le
connaissons aujourd’hui, l’architecte
qui est aussi le maître maçon se
charge de la direction en fonction
des exigences et des circonstances
de l’époque en plus de la conception
structurelle et architecturale.
L’apparition de la voûte sur croisée
d’ogive qui repose sur des piliers à la
place de la voûte en berceau romain
implique la canalisation des forces
vers l’extérieur des bâtiments. Cela a
influencé les formes architecturales
d’une façon significative. Désormais,
les poussées sont supportées
par les nervures de la voûte qui
transfèrent la charge sur le mur
de la nef centrale. Ces forces sont
acheminées à l’extérieur par des arcs
inclinés en maçonnerie, couramment
appelés arcs-boutants. Ils reportent
les forces sur les contreforts. Le
poids de ces contreforts ainsi que
des pinacles qui les surmontent
compensait les charges obliques
par des forces verticales qui sont
finalement canalisées vers le sol.
Ce parcours de force diminuait le
rôle du mur porteur, ce qui a permis
la liberté de creuser des ouvertures
plus grandes. Cette mutation a non
seulement rendu l’espace de plus
en plus lumineux, mais a également
mis en valeur le symbolisme du dieu
de lumière exprimé par les fidèles
des cathédrales médiévales, d’une
manière parallèle, elle a permis
l’optimisation des matériaux,
notamment face aux besoins
croissants de cathédrales plus
grandes qui ont épuisé les carrières
de pierre situées souvent loin des
chantiers.
Fig.41:La voûte d’ogive
(Source: Article: La logique
du style gothique, Raymond
Lemaire,1910, URL: https://
www.latablerondearchitecture.
com/,07/11/2024)
Fig.42: A gauche,la Basilique
Saint-Remi à Reims, France. à
droit, coupe expliquant le fonctionnement
de la structure avec
croisée d’ogives et l’arc-boutant.
(Source : Constructies, Ir J
oosterhoff)
39

La structure comme langage architectural
L’architecture byzantine
(IV ème -XV ème siècle 1 )
Les coupoles, ces éléments
structurels qui peuvent couvrir de
vastes espaces et accueillir des
foules importantes pour des buts
politiques, culturels ou religieux, sont
les éléments les plus remarquables
de l’architecture byzantine, une
architecture qui s’est épanouie
entre le IVe et le XVe siècle dans
l’Empire byzantin, et qui est
considérée comme un prolongement
de l’architecture romaine antique,
Parce que, à son époque primitive,
ils étaient influencés par leur
tradition architecturale à côté de
celle des cultures orientales, les
édifices byzantins avaient des plans
initialement inspirés de ceux des
temples romains, mais ils se sont
progressivement adaptés au culte
chrétien, en adoptant des formes
de plus en plus centrées, ces plans
proviennent principalement d’un
agencement d’une structure qui
repose sur des coupoles et des
demi-coupoles sphériques, cela
peut être expliqué par l’intention
des bâtisseurs byzantins de libérer
l’espace des obstacles visuels
qui peuvent cacher la décoration
sophistiquée des intérieurs, cette
décoration est basée généralement
sur l’agencement des mosaïques
qui illustrent des scènes figuratives
de l’art byzantin. Par ailleurs, les
grandes similitudes entre l’empire
romain et byzantin, notamment dans
l’expérimentation architecturale,
expliquent bien l’appellation de «
l’Empire romain d’orient » attribuée à
1 L’architecture byzantine s’est développé dans
l’Empire byzantin entre la disparition de l’Empire
romain d’Occident en 476, et la chute de Constantinople
en 1453.
l’empire byzantin.
Les constructions byzantines sont
habituellement chapeautées par de
grandes coupoles centrales, comme
celle de la célèbre basilique Sainte-
Sophie. Le principe structurel de ces
coupoles est particulier parce que,
contrairement aux voûtes en berceau
et aux voûtes d’ogives, elles reposent
sur quatre pendentifs (Fig.43)
qui font référence à des portions
triangulaires constituées à partir
de la superposition géométrique
d’une coupole sur une autre plus
vaste, celle-ci ayant été coupée par
quatre arcs en plein cintre verticaux
et par la base horizontale circulaire
de la coupole supérieure. Donc
les pendentifs sont les éléments
architecturaux triangulaires d’une
voûte hémisphérique qui sont laissés
entre les pénétrations (Fig.44) et qui
permettent de supporter la base
circulaire de la coupole autour d’un
plan rectangulaire, cette structure
permet la répartition des charges
associées au poids propre de la
coupole sur quatre côtés, et du point
de vue architectural, elle aspire une
expression flottante aux voûtes
intérieures et crée des espaces plus
vastes et lumineux ce qui caractérise
les églises et les basiliques
byzantines.
Un autre aspect indicatif de
l’architecture byzantine, c’est
l’utilisation de la brique au lieu de la
pierre de taille. Les briques étaient
souvent agencées d’une manière
décorative en créant des bandes
colorées et des motifs géométriques
sur les façades des constructions.
Les pierres étaient taillées avec
précision et utilisées pour créer des
détails architecturaux composés,
comme les arcs, les colonnes et
Fig.43: Pendentif (Source :
URL: https://fr.wikisource.org,
07/11/2024)
Fig.44: Coupole hémisphérique
de l’architecture byzantine
(Source: Wikipedia,URL: https://
fr.wikipedia.org,09/10/2024)
40

La structure comme langage architectural
les frises. La décoration intérieure
est aussi remarquable. Les murs
étaient souvent ornés de mosaïques
colorées, représentant des figures
bibliques, des saints et des motifs
ornementaux. Les mosaïques étaient
réalisées avec des sections de
verre coloré, de la pierre et de l’or
pour créer des effets lumineux et
brillants à l’intérieur des édifices. Les
espaces intérieurs étaient conçus
pour mettre l’accent sur le centre de
l’édifice, où se trouve généralement
l’autel. Les colonnes et les piliers
n’étaient pas utilisés uniquement
pour soutenir la structure mais aussi
pour délimiter l’espace.
L’architecture byzantine a légué un
héritage considérable dans plusieurs
régions, à savoir la Turquie, la Grèce,
l’Italie et les pays des Balkans. Ce
qui est illustré par de nombreux
monuments comme le monastère
de Sainte-Catherine au mont Sinaï,
la basilique San Marco à Venise
et la basilique Sainte-Sophie à
Istanbul en Turquie, cette dernière
est estimée comme l’un des plus
grands exemples de l’architecture
byzantine et les plus importants, car
elle témoigne des transformations
politiques, religieuses et culturelles
les plus significatives de l’histoire
byzantine.
La construction de Sainte-Sophie
a été lancée en 532 sous le règne
de l’empereur byzantin Justinien
Ier pour remplacer une église
précédente détruite lors de la
sédition de Nika. Le bâtiment a été
consacré à la sagesse divine (Haghia
Sophia en grec) contrairement
aux suppositions courantes qui
l’attribuent à une sainte du nom
Sophie, la construction a été
Fig.45: Intérieur de Sainte-Sophie.
La coupole, qui date du
VIe siècle.
41

La structure comme langage architectural
supervisée par les architectes
Anthemius de Tralles et Isidore
de Milet, puis son neveu Isidore
le Jeune, En fait ces architectes
étaient également des mécaniciens,
ça veut dire des ingénieurs, ce
qui explique la maîtrise d’une
conception structurelle qui se base
sur des aspirations architecturales,
Sainte-Sophie a été achevée en
548 pour devenir la principale église
chrétienne de l’Empire byzantin.
Le bâtiment est marqué par sa
grande coupole centrale, qui mesure
31 mètres de diamètre et s’élève
à une hauteur de 56 mètres. Elle
repose sur quatre pendentifs qui
transforment la base carrée de la
coupole en un support circulaire. Il
s’agit d’un volume demi-sphérique
qui flotte sur une galerie d’arcades
continue de 40 fenêtres, ce qui crée
un espace intérieur abondamment
éclairé. cependant cette disposition
crée des complications au niveau de
la stabilité structurelle. C’est pour
cela les architectes ont utilisé des
matériaux légers, et plus tard ils ont
ajouté des contreforts extérieurs
pour renforcer la structure.
L’architecture de Sainte-Sophie est
conçue avec un plan en forme de croix
dont L’espace central est couronné
par la grande coupole, cette dernière
est entouré de galeries, de niches
et des colonnes en porphyre d’ordre
corinthien qui ont été transportées
depuis les temples de Baalbek au
Liban.
Au cours des siècles, Sainte-Sophie
a été le témoin de nombreux
événements historiques. Après
la conquête de Constantinople
par les Ottomans en 1453, l’église
a été convertie en mosquée par
Mehmed II. En 1935, sa fonction a
été transformée en musée jusqu’en
2020 pour être reconvertie une
autre fois en mosquée. Ce bâtiment
monumental illustre parfaitement la
relation cohérente entre la structure
et l’architecture au cours de la
période byzantine, une relation qui
devient évidente à travers l’analyse
structurelle et architecturale qui
finissent par se confondre.
Fig.46: Coupe de la Basilique
Sainte Sophie (source :
Constructies, Ir J oosterhoff)
42

La structure comme langage architectural
L’architecture Ottomane
(XIII ème -XV ème siècle)
L’architecture ottomane classique
s’est développée au cours de la
période historique de l’Empire
ottoman qui s’est épanoui dans le
nord-ouest de l’Anatolie au XIIIe siècle.
Cet empire, qui a mis fin à l’Empire
byzantin après la conquête de
Constantinople en 1453, s’inspire de
la tradition indigène turque avec une
grande influence de l’architecture
iranienne et byzantine, précisément
de la basilique Sainte-Sophie. Plus
tard, l’impact de l’architecture
islamique devient de plus en plus
remarquable, vu les conditions
religieuses et politiques de l’empire.
Par conséquent, l’architecture
ottomane classique se distingue
par un mélange expérimental
entre l’architecture byzantine et
islamique, ce qui est concrétisé
dans ses mosquées monumentales,
conçues avec un grand dôme
central à côté d’un ensemble de
petits semi-dômes, des minarets
et des plans parfois dotés d’une
cour intérieure. La Mosquée Bleue
d’Istanbul, construite au XVIIe siècle
sous le règne du sultan Ahmet Ier,
est un exemple représentatif grâce
à ses six minarets et son intérieur
orné de tuiles bleues d’Iznik.
De ce fait, la relation entre
l’architecture et la structure dans
Fig.47:Elevation and plan of
the Bayezid II Mosque in Istanbul
par Cornelius Gurlitt (art
historian)
43

La structure comme langage architectural
cette période n’était pas différente
de celle de l’architecture byzantine
ni de celle de l’architecture islamique
dont nous parlerons plus tard. Quant
à la relation entre les ingénieurs
et les architectes, elle peut être
illustrée par le statut du grand
architecte impérial Mimar Sinan
(1490-1588) qui a commencé son
parcours professionnel initialement
en tant qu’ingénieur militaire dans
l’armée. Puis, au fil du temps, il a
été nommé à la tête du bureau
des architectes royaux au cours du
règne des trois sultans : Soliman le
Magnifique, Selim II et Murad III.
L’architecture, étant un outil
qu’utilisent les gouvernements
pour exprimer leur grandeur, était
un domaine royal dans lequel
la maîtrise de l’ingénierie est
primordiale. L’architecte Mimar
Sinan a exploité son expertise
en ingénierie pour expérimenter
différents types de dômes dans la
recherche d’espaces plus vastes et
dégagés. En suivant une méthode
empirique, il a conçu jusqu’à 477 1
structures avec une grande précision
géométrique. Nous pouvons citer
des exemples comme la mosquée
Şehzade, la mosquée Süleymaniye
et la mosquée Sultan Mihrimah.
Bien qu’il puisse sembler comme un
exemple exceptionnel, nous parlons
d’une époque où la séparation
des professions d’ingénieur et
d’architecte n’était pas encore
courante, ce qui fait que la double
discipline de cet architecte n’est
pas inhabituelle. Un autre facteur
qui renforce le rapport étroit entre
l’architecture et la structure est
l’approche empirique qui était
toujours adoptée par les architectes
ottomans
Fig.48:S1 : Mosquée du Sultan
Sélim à Istanbul, S2 : sainte
Sophie de Canstantinople, S3 :
grande mosquée de Bizèrte, S4
: Mosquée Kchawa à Alger, S5 :
Mosquée Soulaymanie à Istanbul,
S6 : Grande mosquée de
Bursa, S7 : Mosquée Sélimiye à
Idrine, S8 : Mosquée Yusef Day
à Tunis (« Analyse morphologique
de quelques minarets de
l’époque ottomane : essai de
définition d’un ‘style’ ottoman
», Lamia Chakroun)
1 Merveilles Architecturales GoTürkiye
44

La structure comme langage architectural
La Renaissance
Au cours de la Renaissance en
Italie, les architectes redécouvrent
et s’inspirent de l’architecture de
l’antiquité gréco-romaine. Ils ont
attentivement étudié les écrits de
l’architecte romain Vitruve dans
son traité « De Architectura » dans
lequel il définit les trois principes
de l’architecture : Firmitatis
(solidité), Utilitatis (utilité) et
Venustatis (beauté), ce qui signifie
respectivement la stabilité de la
structure qui doit résister aux
forces extérieures, la fonctionnalité
de la structure qui doit répondre
aux besoins des utilisateurs, et la
beauté de ses formes qui doivent
être esthétiquement satisfaisantes.
Au 1er siècle, Vitruve a pu décrire
les principes de la beauté en se
basant sur le langage géométrique,
dont le vocabulaire se développe
autour des principes tels que l’ordre
géométrique, la proportion, la
symétrie, la distribution, l’harmonie
et la décoration, A la Renaissance,
l’unité de mesure humaine se base
sur le courant de pensée humaniste
de la Renaissance où l’homme est
considéré comme la création divine
et le centre du monde, ce qui fait
que ses proportions symbolisent la
beauté parfaite, comme c’est illustré
dans l’œuvre de Léonard de Vinci, «
L’Homme de Vitruve ».(Fig.49)
Ces principes géométriques
constituaient le caractère de base de
l’architecture classique et par la suite
de la Renaissance qui n’est que sa
reproduction. Cependant, en étudiant
l’architecture non seulement comme
une science, mais aussi comme une
profession, nous allons comprendre
que l’inspiration des architectes
de la Renaissance n’était pas qu’au
niveau visuel. Tandis que les ordres
architecturaux classiques ; dorique,
ionique, corinthien et composite,
ont été des manifestations
Fig.49:L’Homme de Vitruve
par Léonard de Vinci (Source:
Wikipedia,URL: https://
fr.wikipedia.org,13/10/2024)
Fig.50:Eglise Sant’Andrea,
Mantoue, Italie (source: Bjoern
Eisbaer, wikipedia,URL: https://
fr.wikipedia.org, 13/10/2024)
45

La structure comme langage architectural
d’une décoration de la structure
puisqu’ils étaient effectivement des
éléments porteurs, ils deviennent
un vocabulaire visuel de base de la
Renaissance, parce qu’ils ont été
utilisés non seulement pour des
raisons structurelles mais surtout
pour des raisons architectoniques.
Les ordres classiques ont été utilisés
comme des pilastres, qui sont des
piliers d’une section carrée encastrés
dans les façades pour inspirer
l’ordre, le rythme et la proportion
géométrique, ce qui fait que leur
fonction était principalement
décorative. Prenons comme exemple
le palais Rucellai à Florence (Fig.51)
dans lequel l’architecte, Leon
Battista Alberti, adopte trois ordres
: le dorique au rez-de-chaussée,
invente un nouvel ordre au premier
étage et reprend l’ordre corinthien
en le simplifiant dans le deuxième
étage.
Un autre exemple de cette
dépendance visuelle sur les
composantes de l’architecture de
l’Antiquité est le portail monumental
de l’église Sant’Andrea, par
l’architecte Leon Battista Alberti
(1404-1472), avec une voûte creusée
de caissons (Fig.50) à l’instar du dôme
du Panthéon de Rome. Cependant, le
système de caissons du dôme avait
une fonction purement structurelle
pour alléger le poids, contrairement
aux caissons du portail de l’église
qui ne sont qu’un rappel visuel de
l’architecture antique, s’ajoutant à
l’arc de triomphe et au fronton des
temples gréco-romains.
Cette inspiration artistique ne
vient pas de nulle part, la plupart
des architectes représentatifs
de la Renaissance étaient des
artistes. L’intérêt pour des édifices
innovants a poussé les mécènes à
solliciter l’expertise des artistes.
Des personnalités célèbres de cette
époque, comme Alberti (1404-1472),
Bramante (1444-1514), Brunelleschi
(1377-1446), Léonard (1452-1519),
Fig.51:Le palais Rucellai à Florence
par Alerti (Source:Bibliothèque
nationale de France)
46

La structure comme langage architectural
Raphaël (1483-1520) et Michel-Ange
(1475-1564), avaient des profils
polyvalents. En exerçant leurs talents
dans des domaines diversifiés tels
que les arts, la poésie, la philosophie,
l’architecture et l’ingénierie, ils
marquent la première naissance de
la notion d’architecte-artiste, et
influencent radicalement la façon de
faire l’architecture qui est désormais
associée à l’artiste et au penseur
conceptuel. Cette implication de
l’art est surtout accentuée par
des considérations commerciales
qui marquent la mutation d’une
forme d’art dépendant de la réalité
économique de l’époque. Ce qui
fait qu’au cours de la Renaissance,
la conception architecturale est
devenue de plus en plus liée aux
profils d’artistes.
Il est vrai que c’est à la Renaissance
qu’a commencé la dissociation de
l’ingénierie et de l’architecture,
car cette dernière penche de plus
en plus vers le domaine de l’art,
mais la nécessité de l’innovation en
ingénierie est toujours présente,
même à la Renaissance où l’une des
premières constructions les plus
marquantes de son architecture,
le dôme de la cathédrale Santa
Maria del Fiore à Florence, n’aurait
jamais vu le jour sans la créativité
et l’expertise de son constructeur
Brunelleschi dans l’ingénierie de
la structure, qui a pu répondre
aux contraintes techniques de
son gigantesque diamètre. La
cathédrale était construite en
1295 par l’architecte Arnolfo Di
Cambio qui mourut sans dévoiler
comment il comptait construire
son dôme, donc la cathédrale se
dressait toujours au centre de
Florence inachevée jusqu’en 1418
où le gouvernement de Florence
organisa un concours ouvert à tous
les architectes pour proposer une
solution à l’impossibilité d’utiliser les
supports en bois, comme le faisaient
habituellement les bâtisseurs
de l’époque pour construire des
coupoles. Ils construisaient des
cintres en bois pour supporter la
maçonnerie, cependant à cause du
Fig.53: Croquis montrant la
technique, sur la coupole de révolution
de la cathédrale Santa
Maria del Fiore à Florence
Fig.52: Méthode de construction
de la coupole (Source:
https://www.mathouriste.eu,
14/10/2024)
47

La structure comme langage architectural
grand diamètre de 42 mètres, il était
impossible d’utiliser cette méthode.
D’autre part, la contrainte d’une base
orthogonale déjà construite sans
contrefort ni aucun renforcement
constituait un véritable obstacle
pour les concurrents. Le concours
a été gagné par Filippo Brunelleschi
qui, contrairement aux autres,
n’était pas un architecte mais un
artisan de bijoux. Il a pu suggérer un
système d’échafaudage autoportant
qui permettait la construction
sans support. Le système devait
être monté au fur et à mesure
de l’élévation de la coupole. Il
recommandait de poser des assises
de pierre en montant vers le sommet,
tout en construisant des cercles de
plus en plus petits.
Il a aussi proposé un agencement
particulier des pierres pour créer
des nervures en spirale dont chaque
pierre possédait un point d’appui
afin de bloquer les mouvements
dans toute la construction. Ces
méthodes étaient le fruit d’une
étude scientifique des systèmes
constructifs utilisés dans l’Antiquité
et surtout dans le dôme du Panthéon
romain.
Les idées de la Renaissance en Italie
seront exprimées par le célèbre
architecte italien Palladio (1508-1580)
dans ses Quatre Livres d’Architecture
publiés en 1570, dont le premier est
consacré à une explication détaillée
des ordres architecturaux classiques.
Alors que la pratique médiévale
des maîtres maçons régnait encore
en Europe et en Grande-Bretagne,
l’architecte anglais Inigo Jones
(1573-1652) a importé l’influence de
Palladio et ses idées de l’architecture
classique en les intégrant dans ses
réalisations comme par exemple la
Banqueting House à Whitehall (Fig.54)
et la Queen’s House à Greenwich. Par
conséquent, l’approche italienne a
commencé à se propager dans le
reste de l’Europe, En constituant un
facteur majeur dans le changement
du statut de l’architecte qui
impose de plus en plus son autorité
séparément aux rôles des ingénieurs.
Fig.54: The Banqueting House
at Whitehall par Inigo Jones
(dessiné par Colen Campbell,
(source: PASSERELLE, URL:
https://passerelles.essentiels.
bnf.fr, 13/10/2024))
48

La structure comme langage architectural
L’éclectisme architectural
et la professionnalisation
Comme nous l’avons étudié, à divers
moments de l’histoire de
l’architecture, la logique formelle
d’un système structurel dominant a
souvent façonné la forme globale
des édifices. Les formes
architecturales
découlaient
naturellement des armatures
structurelles. Par exemple, dans
l’architecture grecque, où l’ordre
dorique atteint son apogée, la qualité
ornementale des bâtiments résidait
dans les éléments logiques de leur
ossature visible, légèrement ajustée
pour des raisons esthétiques. Cette
approche était simplement un
système constructif qui ne cherchait
pas à camoufler la structure, ni à
adopter des formes autres que celles
qui pouvaient être logiquement
façonnées à partir des matériaux
disponibles.
Toutefois, cette approche a disparu à
la Renaissance italienne, au profit
d’une dissimulation croissante de la
structure derrière des ornements
non liés à la fonction. Dans la plupart
des édifices, l’intérêt architectural
résidait ailleurs. Par conséquent, les
considérations structurelles étaient
généralement exclues des
discussions sur l’architecture. Cela
est visible dans les courants
architecturaux après la Renaissance,
tels que le baroque et le rococo,
caractérisés par leur ornementation
détaillée, illustrée par des intérieurs
richement décorés par des formes
organiques. Plus tard, le
néoclassicisme s’est concentré sur
un retour aux principes classiques,
motivé par des considérations
purement
visuelles.
Parallèlement, au XVIIe siècle, les
premières manifestations de la
professionnalisation de l’ingénierie
ont vu le jour en France avec la
création du Corps Royal du Génie en
1690, qui regroupait les architectes
et ingénieurs du roi, chargés de la
construction des fortifications et
édifices militaires. Pendant ce temps,
les architectes, s’organisant euxmêmes,
ont fondé l’Académie Royale
d’Architecture en 1671 sous le règne
de Louis XIV, afin de formaliser la
profession des architectes royaux
responsables de la construction de
bâtiments
monumentaux.
Ce modèle français de génie militaire,
en réponse à la puissance et à la
volonté de la monarchie, s’est imposé
davantage après la fondation de
l’École des Ponts et Chaussées en
1747 par Perronet, un architecte et
ingénieur structurel renommé pour
ses ponts en arc de pierre, tel le pont
de la Concorde (1787). Cette école est
devenue une école d’application
après la création de l’École
Polytechnique par Monge et Carnot
en;;;;1794.
Cependant, le terme «génie civil» a
commencé à être utilisé pour
désigner la construction de ports,
quais, brise-lames et phares, afin de
le distinguer du génie militaire. Le
premier à s’autoproclamer ingénieur
civil fut John Smeaton, constructeur
du phare d’Eddystone et fondateur
de la première société anglaise des
ingénieurs civils en 1771, sous le nom
de «The Society Of Civil Engineers».
Les modèles français et anglais
présentaient des différences et
distinctions, l’une des principales
différences étant la formation
Fig.55: Le pont de la Concorde
par Perronet (1787) (Source:
La construction du pont de la
Concorde par J. R. Perronet,
https://paris-projet-vandalisme.
blogspot.com, 07/11/2024)
Fig.56:Eddystone par John
Smeaton
49

La structure comme langage architectural
universitaire française, qui
développait le côté théorique de
l’ingénierie structurelle, tandis que
les Britanniques se concentraient
davantage sur le côté pratique et
l’esprit d’entreprise, moteurs de la
révolution technologique. En 1818, les
Anglais créèrent leur deuxième
institution d’ingénieurs civils à
Londres, présidée par le célèbre
ingénieur Thomas Telford. Cette
institution ne fut officiellement
reconnue qu’après 10 ans, par le biais
d’une charte royale.
Il est important de mentionner un
autre facteur qui a influencé le cours
de l’histoire de l’ingénierie en relation
avec l’architecture : l’invention d’une
méthode d’étude et de calcul des
structures. Cette méthode
révolutionnaire, basée sur la
représentation des forces et des
réactions en vecteurs avec une
échelle définie, est devenue possible
après les travaux de Newton sur les
forces et la gravité. En parallèle, une
méthode de calcul graphique,
communément associée à l’ingénieur
allemand Karl Culmann (1821-1881),
qui l’a développée avec des
ingénieurs suisses et allemands, a
été diffusée en France au cours du
dernier tiers du XIXe siècle, avec un
certain retard par rapport à d’autres
pays.
Cette approche a rendu l’étude des
structures accessible aux
architectes, qui désormais se sont
concentrés uniquement sur
l’esthétique de la conception, tandis
qu’elle permettait aux ingénieurs de
suivre une approche graphique et
formelle dans la conception des
structures, notamment des ponts,
comme l’a fait l’ingénieur suisse
Robert Maillart avec ses incroyables
ponts en arc raidi par le tablier, tel le
pont de Salginatobel.
En revanche, le contraste entre
l’architecture et l’ingénierie s’est
accentué avec les progrès
scientifiques dans l’analyse
structurelle, d’une part à cause de la
transition des connaissances
géométriques vers des
connaissances analytiques basées
sur l’intégration et le calcul, qui
devinrent inaccessibles aux
architectes, dont la formation était
de plus en plus liée aux beaux-arts et
aux sciences humaines. D’autre part,
l’émergence de nouveaux matériaux
de construction, tels que le fer,
l’acier et le béton armé, a accru la
production et nécessité une
spécialisation croissante dans le
domaine de l’ingénierie, tout en
collaborant avec les nouvelles
sciences de l’économie et du
management.
Les avancées techniques et
scientifiques, en lien avec
l’émergence de nouveaux systèmes
structurels et matériaux, surtout
après la révolution industrielle (1780-
1850), ont donné naissance à une
grande liberté structurelle,
permettant à l’architecture de se
développer indépendamment des
contraintes structurelles. Cela
explique la coexistence de plusieurs
styles architecturaux depuis le XIXe
siècle. Ce mélange de styles peut
même coexister dans un seul édifice,
comme dans le mouvement
éclectique. Ce mouvement est lié à
l’absence croissante de limitations
structurelles, donnant naissance à
une architecture ouverte.
Il s’agit davantage d’une question de
méthodologie que de détails
conceptuels, car à cette époque,
50

La structure comme langage architectural
l’approche structurelle n’était pas
complétement absente. Cependant,
l’architecture a pu suivre une voie
séparée de l’ingénierie structurelle.
La plupart des styles se caractérisent
désormais par des gestes
architecturaux libres et fluides, où
les valeurs sont plus associées à des
exigences conceptuelles et visuelles,
sauf dans les cas où une volonté
consciente d’intégration de la
structure est présente, notamment
dans les premières expositions
universelles. Ces événements
marquèrent un heureux mariage
entre l’architecture et l’ingénierie
pour célébrer les nouvelles
technologies. La première exposition
eut lieu à Londres en 1851 avec le
Crystal Palace, conçu par Joseph
Paxton, une immense structure en
fonte et en verre, inspirée de
l’architecture victorienne et
intégrant les techniques
technologiques avancées de
l’époque. Cette structure accueillait
les réalisations industrielles et
culturelles du monde entier.
Depuis, de nombreuses expositions
ont été organisées dans le cadre des
réalisations structurelles, mettant
en lumière le potentiel des avancées
techniques en les incorporant dans
des conceptions architecturales. Par
exemple, la Tour Eiffel, conçue pour
l’exposition universelle de Paris en
1889 par Gustave Eiffel, fut érigée
pour célébrer le centenaire de la
Révolution française. Elle est
devenue un symbole de l’innovation
technologique et de l’ingénierie,
représentant la maîtrise du fer et
des structures légères.
Au XXe siècle, avec le renouveau de
l’intérêt pour la tectonique, des
architectes tels qu’Auguste Perret
(1874-1954) réintroduisirent
l’ornementation de la structure en
exposant l’acier à des fins
esthétiques, notamment dans le
mouvement high-tech britannique.
Le bâtiment Reliance Controls à
Fig.57:Reliance Controls A
Swindon, UK, 1966,par les Architectes
:Team4 et l’ingénieur
stucturel Anthoy Hunt (source:
Dezeen, https://www.dezeen,
15§10/2024com/)
51

La structure comme langage architectural
Swindon, conçu par Anthony Hunt
(1932-2022), en est un exemple
contemporain. Bien que
techniquement efficace, des
ajustements mineurs furent réalisés
pour des raisons esthétiques.
D’autres exemples, comme la gare
internationale de Waterloo à Londres,
illustrent comment l’architecture
émerge de la structure exposée,
influençant l’architecture tout en
maintenant des performances
architecturales et techniques.
Néanmoins, à cette époque,
l’esthétique de la structure n’était
pas nécessairement une suite
logique des considérations
techniques, mais plutôt intégrée
dans la conception visuelle comme
un élément décoratif en soi,
influencée par les nouvelles
industries. La structure était perçue
comme une ornementation
imposante. Cela s’est manifesté de
différentes manières : la structure
utilisée de manière symbolique,
empruntant des éléments à
l’aérospatiale et à la science-fiction
pour exprimer le progrès
technologique; la création de
problèmes techniques artificiels
conduisant à des réponses
spectaculaires; et l’adoption de
structures pour célébrer la
technologie, bien que visuellement
incompatibles avec la logique
structurelle.
L’utilisation de la structure comme
un ornement symbolique dans
l’architecture trouve son inspiration
en dehors du domaine architectural,
notamment dans la science-fiction
et l’ingénierie aéronautique. Elle
adopte un langage visuel associé aux
avancées technologiques, en
incorporant des formes et des
éléments structurels optimisés pour
l’efficacité, même en l’absence d’une
justification technique évidente.
Cette approche crée un contraste
entre l’esthétique apparente et la
réalité technique, contrastes mis en
lumière par des architectes comme
le groupe «Future Systems», qui
célèbrent ouvertement la
technologie à travers leurs œuvres
architecturales.
Une autre approche s’est développée
dans le sens où elle implique la
création d’un problème structurel
non nécessaire, conduisant à une
réponse spectaculaire. Un exemple
est la façon dont les poutres
de plancher sont connectées
aux colonnes dans la structure
du Centre Pompidou. La section
transversale rectangulaire du
bâtiment comporte trois zones, avec
un espace central principal flanqué
de deux zones périphériques. Les
architectes ont choisi d’utiliser
la paroi vitrée pour délimiter ces
zones, reflétant l’agencement
structurel. Les consoles élaborées
des «gerberettes» pivotent autour
des charnières, créant une surcharge
inutile des colonnes. La solution
requise était de donner aux consoles
une géométrie complexe, réalisée
grâce à la fonte du métal, ce qui a
permis une utilisation plus efficace
du matériau. Cette approche, bien
que techniquement peu justifiée, a
introduit un élément de fabrication
artisanale et contribue au succès
esthétique du bâtiment.
Fig.58:La structure du centre
Pompidou
52

La structure comme langage architectural
Chapitre II. Maroc: de l’architecture
Arabo-islamique à
l’architecure moderne
D’un point de vue historique, les
architectes et les ingénieurs en
structure traditionnellement
réclament différents ancêtres
Les ingénieurs se réfèrent
principalement aux Romains et à
leurs techniques de construction
de structures, telles que les arcs,
les voûtes et les aqueducs, qui ont
été des éléments fondamentaux
de l’ingénierie romaine. De leur
côté, les architectes s’inspirent de
l’architecture gréco-romaine comme
l’une des premières bases théoriques
de l’architecture, en particulier les
principes de l’ordre classique.
Néanmoins, cette séparation est
devenue beaucoup plus relative à
notre époque et varie en fonction
des pays et de leurs systèmes
éducatifs. Elle est particulièrement
accentuée dans le monde occidental,
à l’exception de quelques pays qui
tendent vers une approche beaucoup
plus interdisciplinaire. Par exemple,
en Espagne, le système éducatif
permet aux étudiants d’obtenir un
double diplôme en architecture et
en ingénierie, ce qui leur confère
un double statut d’architecte
et d’ingénieur. De même, en
Allemagne et en Suisse, la pratique
architecturale est davantage centrée
sur la technologie des structures,
et de nombreux architectes ont une
solide formation en ingénierie.
Même si nous n’avons pas approfondi
une étude concernant l’arrièreplan
dans d’autres contextes
spatio-culturels qui favorisent
une meilleure intégration, comme
le monde asiatique, des exemples
forts montrent un système éducatif
polytechnique où la distinction
entre les statuts d’architecte et
d’ingénieur est remarquablement
moins prononcée. Par exemple, en
Chine, de nombreux architectes ont
une formation en ingénierie, ce qui
leur permet de réaliser des projets
complexes qui intègrent à la fois
des considérations architecturales
et structurelles. De même, au Japon,
des architectes renommés comme
Kenzo Tange ont été formés en tant
qu’ingénieurs en structure, ce qui
leur permet d’innover des œuvres
qui établissent un langage commun
entre l’architecture et la structure,
comme le stade olympique de Tokyo,
conçu par Tange pour les Jeux
olympiques d’été de 1964.
Dans notre contexte actuel au
Maroc, une focalisation sur l’histoire
occidentale est plus pertinente,
car elle a eu un impact direct
sur l’architecture marocaine
particulièrement durant le
protectorat français entre 1912 et
1956.
53

La structure comme langage architectural
Avant l’époque coloniale,
l’architecture au Maroc était
qualifiée comme une architecture
arabo-islamique, dont la structure
n’était apparente qu’à l’intérieur
grâce à son système introverti, avec
des façades discrètes à l’extérieur
et beaucoup plus parlantes depuis
le patio intérieur. À cette époque,
la distinction entre le statut
d’architecte et d’ingénieur n’était pas
marquée, vu le caractère empirique
de la pratique architecturale
traditionnelle. Cela ne signifie
pas une absence absolue d’une
approche théorique ; au contraire,
l’architecture islamique était
largement basée sur les sciences,
les mathématiques et la géométrie,
notamment dans l’utilisation de
motifs géométriques complexes
comme les étoiles à huit pointes
et les motifs répétitifs. Même s’il
s’agit plutôt d’éléments décoratifs
qui n’identifient pas la silhouette
de la forme architecturale globale,
nous pouvons nous baser sur de tels
éléments car ils constituent, entre
autres, les traits caractéristiques
de l’architecture islamique. Si nous
faisons une promenade dans les
rues islamiques, il sera très difficile
d’identifier les caractéristiques
d’une architecture. C’est vrai que le
silence peut aussi être une réponse
et peut être également une forme
architecturale, mais nous aurons
certainement une lecture faussée si
nous n’entrons pas à l’intérieur des
édifices. À ce stade, ce n’est pas le
système introverti de l’architecture
islamique qui nous intéresse le plus,
mais c’est l’empreinte décorative des
façades intérieures, car il explique
profondément les facteurs qui
affecte la pratique architecturale
et son influence par des méthodes
traditionnelles artisanales des
artisans et des «maâlems» (artisans
spécialisés).
Par ailleurs, l’un des aspects les plus
impressionnants de l’architecture
islamique réside dans sa qualité
ornementale, la chose qui met en
évidence l’importance des artisans
spécialisés dans la sculpture
sur différents matériaux. A
titre d’exemple dans le domaine
du bâtiment, il est évident de
parler du zellige, du bois sculpté,
du plâtre sculpté, ainsi que des
motifs géométriques, floraux et
calligraphiques.
La configuration spatiale peut
témoigner également d’une base
théorique grâce à son adaptation aux
contextes culturels et climatiques.
Les maisons islamiques suivent des
dispositions bien déterminées qui
introduisent le patio et des entrées
en chicane pour favoriser le concept
d’intimité d’une part, et orienter le
flux d’air pour rafraîchir et faire face
aux climats très chauds.
L’architecture islamique intègre de
manière naturelle la structure, ce qui
est très visible, par exemple, dans les
arcs islamiques. La structure forme
par principe l’architecture, car elle est
aussi l’enveloppe de celle-ci : le mur
Fig.59:Schéma directeur et
tracé géométrique des divers
arcs de la façade extérieure
de la porte d’apparat de Šālla
(source: Un cas unique d’épure
d’architecture en Occident islamique.
porte mérinide de Šālla
(Rabat))
54

La structure comme langage architectural
porteur, la coupole sont des exemples
parfaits, puisqu’ils permettent
une structure compressive à l’aide
des matériaux disponibles et du
savoir-faire local. Par ailleurs, la
dominance des éléments porteurs
est très remarquable, même ceux
qui sont généreusement embellis.
Ainsi, la présence des détails de
structure favorise une lecture plus
claire du système structurel. À titre
d’exemple, en observant les plafonds
des maisons traditionnelles avec
leurs poutrelles en bois et leur travail
rigoureux de la structure, on peut
mieux remarquer une intégration de
la structure, même si ces éléments
peuvent être cachés par des couches
de décoration. Cette dernière suit
généralement une logique qui ne
vise pas à camoufler la structure, au
contraire elle la souligne,
Tout ce que nous venons de citer,
sont des éléments qui confirment
la théorie dans la pratique
architecturale, mais ne nient pas la
dominance des méthodes empiriques
qui instaurent naturellement
l’intégration des deux disciplines,
l’architecture et l’ingénierie, dans
une seule profession.
Il est intéressant de remarquer que
même dans la traduction du mot
«architecte» en arabe, elle est
la même que celle de «ingénieur
» (mohandis). L’étymologie de ce
mot vient du verbe (handasa), qui
signifie «concevoir», «dessiner» ou
«structurer». Le terme (mohandis)
désigne donc initialement
quelqu’un qui conçoit ou structure
quelque chose. Récemment,
le terme (miîmariy) a été ajouté
pour différencier plus clairement
l’architecte de l’ingénieur. Le
mot (miîmar) vient du mot racine
Fig.60:La façade intérieure du
Palais de Bahia à Marrakech
55

La structure comme langage architectural
(aâmar), qui signifie «construire» ou
«édifier». Ainsi, (miîmariy) désigne
spécifiquement quelqu’un qui
conçoit et construit des bâtiments.
Cette évolution linguistique reflète
une distinction croissante entre
les rôles d’architecte et d’ingénieur
dans la pratique contemporaine de
l’architecture et de l’ingénierie dans
le contexte arabique.
Ce changement est largement
accentué par l’influence de
l’occupation française qui a introduit
l’architecture moderne au Maroc.
Caractérisée par des formes
géométriques simples, l’utilisation
de nouveaux matériaux comme le
béton armé et le verre, ainsi qu’un
nouvel esprit d’architecture. Cette
influence est particulièrement visible
dans les villes coloniales telles que
Casablanca, Rabat, Fès et Marrakech,
où des bâtiments publics, des
résidences et des infrastructures
ont été construits dans un style
architectural «art nouveau»,
D’autre part, l’occupation française
a également influencé la formation
académique et professionnelle des
architectes au Maroc. Les écoles
d’architecture ont été créées en
suivant le modèle français, qui est
principalement influencé par l’école
des Beaux-Arts. Cela a introduit
des méthodes de conception
privilégiant la forme, l’esthétique
et la composition spatiale et
urbanistique. De plus, de nombreux
architectes marocains ont étudié
dans des écoles d’architecture en
France, renforçant ainsi la trace de
l’architecture moderne française au
Maroc.
L’intérêt général de l’architecture
à cette époque était de savoir
comment intégrer l’architecture
Fig.61:L’architecture coloniale
à Casablanca (Source: La
Presse, https://www.lapresse.
ca, 15/10/2024)
56

La structure comme langage architectural
moderne et la tradition marocaine
dans les nouveaux bâtiments, en
adoptant une approche plutôt
artistique que technique. Des
architectes tels que Jean-François
Zevaco et Albert Laprade ont joué
un rôle important dans l’architecture
coloniale au Maroc. Ils ont conçu
plusieurs bâtiments publics et
résidences dans un style mêlant
architecture moderne et éléments
traditionnels marocains, ce qui a
donné naissance à un nouveau style
éclectique au Maroc.
Même après l’époque coloniale,
l’influence du modèle français
demeure présente. Elle encourage
la séparation entre l’architecture
et l’ingénierie : les écoles
d’architecture et d’ingénierie se
développent séparément, suivant
les formations et des programmes
académiques français et européens.
Les architectes sont formés pour
concevoir des espaces sur la base
de considérations esthétique,
humanitaire, culturelles et sociales,
tandis que les ingénieurs sont formés
sur la base des sciences appliquées
qui visent à calculer et dimensionner
les éléments structuraux et à
comprendre la physique des
comportements structuraux. Ils se
concentrent généralement sur les
détails techniques des bâtiments
plutôt que sur la forme globale,
sans se préoccuper des aspects
esthétiques et conceptuelles des
structures,
« La formation d’un ingénieur est
conforme à celle des scientifiques.
Généralement, il y a un programme de
cours intensif, commençant par les
sciences pures et les mathématiques
et embrassant progressivement de
plus en plus d’applications. Il existe
des laboratoires pour enseigner
comment mesurer et ainsi apprendre
à relier la théorie à la pratique. Il y
a généralement peu de travaux de
projet. Cela nécessite généralement
une conception très imitative et se
concentre davantage sur l’analyse
détaillée du comportement des
éléments ou des joints. La véritable
application et l’apprentissage de
la conception sont généralement
laissés à la période de formation
dans les bureaux d’études après
l’obtention du diplôme universitaire.
Une connaissance de la construction
que l’ingénieur est censé avoir est
couverte par une période de travail
sur le site pour un entrepreneur ou
un ingénieur de chantier avant que la
qualification professionnelle ne soit
autorisée. »
L’intérêt des ingénieurs est
généralement relatif au rapport
technicité-coût, et non pas au
rapport technicité-esthétique.
Selon un livre en l’honneur de
l’architecte et ingénieur Pier Luigi
Nervi, célèbre pour sa conception
artistique et technique des
bâtiments, il le critique en disant
: «L’engagement de l’ingénieur,
constructeur ou concepteur ne
devrait jamais être jugé - avant tout
- sur un plan techno-économique,
57

La structure comme langage architectural
mais devrait être jugé sur un plan
techno-esthétique. Un ingénieur et
un architecte ne devraient jamais
ignorer les exigences esthétiques,
même au cœur technique d’une
structure».
Les formes architecturales
généralement se fondent dans des
qualités artistiques modernes, et
rarement connecté avec l’intégration
de la structure. Le choix du système
structurel est généralement
fait par défaut en suivant la
trame des structures poteauxpoutres,
à l’exception des projets
qui nécessitent une complexité
structurelle à cause des exigences
exceptionnelles comme les grandes
portés, les grandes hauteurs
ou des charges augmentées.
La simplicité structurelle est
généralement privilégiée, de
manière à être dissimulée derrière
les traits architecturaux. Cela ne
signifie pas nécessairement une
absence totale de contribution de
la réflexion structurelle. Comme
nous l’avons vu dans le chapitre
précédent, la réflexion structurelle
a permis le développement de
l’architecture pour plus de liberté
dans l’agencement des espaces et
l’introduction de la transparence en
libérant l’espace des murs porteurs
et en offrant la possibilité d’un plan
plus dégagé, aéré et éclairé grâce au
système de structure continue de
poteaux-poutres.
Cependant, nous parlons
précisément de la contribution de
l’architecture dans l’expression
visuelle et artistique. Au Maroc, la
pratique architecturale générale ne
favorise pas cette méthodologie.
D’une part, il y a un manque
remarquable de coordination
parallèle entre les architectes et les
ingénieurs. Ce qui accentue un conflit
typique au point qui est devenue
naturellement associé à la relation
entre ces deux disciplines, d’autre
part, Le processus est ordinairement
unidirectionnel, commençant par
le besoin d’un client, suivi par les
interventions d’un architecte qui
réalise une conception pour assurer
la satisfaction du client, et enfin
celle d’un ingénieur qui effectue
l’étude et le contrôle pour assurer la
stabilité du bâtiment. La chose qui
rend les opportunités d’une relation
positive invisibles,
Il existe bien évidemment d’autres
facteurs qui conditionnent la relation
entre l’architecture et l’ingénierie au
Maroc. Parmi eux, la nature du marché
proposé dans le secteur du bâtiment
et les budgets limités ne favorisent
pas une recherche approfondie.
Toutefois, ces éléments demeurent
des facteurs secondaires qui
peuvent être facilement surmontés
en instaurant une collaboration de
principe.
58

La structure comme langage architectural
Partie II .
L’intégration de la structure dans le langage architectural.
59

La structure comme langage architectural
Introduction :
Si la première partie se concentre sur le développement de la relation entre
l’architecture et la structure dans une perspective historique afin d’arriver à
une bonne contextualisation de notre problématique, cette partie vise plutôt
à analyser la relation entre la structure et l’architecture d’un point de vue
positif à travers l’étude des différentes typologies et systèmes structurels.
Cela ne signifie pas nécessairement que nous ne rencontrerons pas des cas
où la relation est moins forte, mais c’est une étape nécessaire pour enrichir
le vocabulaire structurel afin de pouvoir parler un langage commun entre
la structure et l’architecture. En revenant à notre analogie du langage, si
l’étude des différentes typologies structurelles constitue le lexique, il nous
reste de multiples autres traits linguistiques pour former une langue. Ainsi,
nous pouvons parler de la grammaire et de la formalisation d’une phrase en
choisissant des mots spécifiques, ou encore nous pouvons parler du style
de discours, qu’il soit formel, informel, poétique, etc. Par conséquent, comme
parler n’est pas simplement un choix arbitraire des mots, la conception
architecturale qui intègre la structure n’est pas un simple geste de choix du
système structurel, mais c’est également une façon de penser et de réflexion
qui encourage telle ou telle méthode de conception. nous pouvons essayer
de classifier ces méthodes selon trois aspects de l’intégration de la structure
dans l’architecture :
1- La structure lorsqu’elle génère la forme architecturale, comme c’est expliqué
dans la fameuse citation : «la fonction suit la forme». C’est un concept qui
s’impose lorsque nous parlons de l’optimisation et la relation entre l’efficacité
structurelle et la forme architecturale, exemple : form-finding structures.
2- La méthode de conception qui favorise une réflexion basée à la fois sur la
forme et la fonction, comme c’est le cas dans les structures qui s’inspirent de la
nature afin d’avoir une harmonie entre l’esthétique et l’optimisation.
« La différence entre la forme et la fonction n’existe pas dans les structures naturelles.
En d’autres termes, les meilleures structures sont une harmonie entre l’architecture et
l’ingénierie, -où la forme et la fonction sont une seule chose 1 . »
3- La structure lorsqu’elle est pensée indépendamment de l’optimisation,
mais conçue pour servir des lectures architecturales poétiques et
symboliques, Cependant, cela ne doit pas être confondu avec d’autres
types de relations où
l’architecture est très poétique mais où la structure ne contribue
pas à l’expression visuelle. Là, la structure n’est pas nécessairement
irrationnelle, mais c’est une méthode de conception qui parvient à projeter
les aspects artistiques de la structure et à les intégrer dans le langage
architectural.
1 Ervin Lasz (1932)
60

La structure comme langage architectural
Chapitre III.Typologies du
vocabulaire structurel
Ce chapitre cherche à explorer
les différentes typologies de la
structure dans lesquelles nous
pouvons organiser les structures
selon des grandes catégories en
fonction de la nature des éléments
simples qui les constituent et
les comportements majeurs qui
les définissent. Cependant, il est
important de prendre conscience
d’autres systèmes de classification
basés sur d’autres variables, telle
que la géométrie (plane comme les
éléments d’une structure poteaupoutre
, ou curviligne qui présente
une troisième dimension comme
dans les surfaces courbées), la
rigidité (rigide ou flexible comme
nous le trouvons dans les structures
utilisant des câbles ), les matériaux
(structure en bois, en béton-armé, en
acier ou en mortier) ou encore selon
le nombre de direction des actions
subis par la structure, (une seule ou
deux directions),
Par exemple, considérons un élément
unidimensionnel tel qu’un portique :
poutre soutenue par deux poteaux
à ses extrémités. Dans ce cas,
l’action d’une force verticale se
manifeste dans une seule direction
le long de la poutre (Fig.62). Cette
logique s’applique également à un
élément bidimensionnel tel qu’une
dalle (Fig.63) qui serait bloquée sur
ses deux côtés opposés par deux
éléments de structure surfacique,
créant ainsi une seule direction
d’action perpendiculaire sur la dalle.
Cependant, si l’on ajoute deux autres
supports surfaciques sur les deux
côtés restants, une action à deux
directions (x et y) se produit .
Il est important de noter que ce
système de classification ne doit
pas être confondu avec le nombre
de dimensions des composantes
de la structure, car la plupart
du temps, nous traiterons des
structures bidimensionnelles ou
tridimensionnelles qui agissent dans
une ou deux directions en fonction
des proportions de leurs dimensions
et de la composition de la structure.
Nous n’avons pas adopté ces
types de classification pour une
simple raison : ils divisent d’une
manière très générale et ne sont
pas très spécifiques en termes de
comportement et de formes de
structure, ce qui souligne la relation
entre la forme et l’efficacité des
structures et par conséquence
la relation entre l’approche
structurelle et l’approche plastique
et esthétique de l’architecture, la
chose qui nous intéresse le plus
dans cette recherche. Par contre,
les caractéristiques mentionnées
seront toujours présentes, et nous
allons remarquer qu’elles seront
variables, des fois en fonction de
type de structure, et parfois d’une
manière indépendante. Par exemple,
les structures en coques sont
nécessairement des structures
rigides, mais elles peuvent être
approximativement dans une seule
Fig.62: Poutre unidirectionnelle-
dalle unidirectionnelle
Fig.63: Poutre bidirectionnelledalle
bidirectionnelle
61

La structure comme langage architectural
direction, comme pour les toitures
cylindriques, ou bien en deux
directions, comme pour les dômes
semi-sphériques.
En conséquence, nous allons
examiner différentes catégories
de structures, notamment les
portiques, treillis, structure en coque,
structures tendues ou suspendues
et structure combinée. Chacune
de ces classifications correspond
Structure à poteau et
poutre
respectivement à des éléments
primitifs tels que les poutres et les
poteaux, les barres diagonales, les
arches, les chaînettes, les suspentes,
et enfin, des combinaisons de deux
ou plusieurs de ces éléments. Cette
approche nous permettra d’élaborer
un lexique structurel bien organisé,
en allant des éléments constitutifs
les plus simples et fondamentaux
jusqu’aux systèmes structurels plus
élaboré
Poutre
La poutre est la forme la plus
simple et primitive du vocabulaire
structurelle, elle était utilisé
intuitivement dès la période
préhistorique pour supporter ou
ponter rien qu’avec un simple
tronc d’arbre, en architecture elle
constitue un élément évident dans
l’ossature du bâtiment,
Une poutre est soumise à des
actions mécaniques généralement
appliquées à angle droit par rapport
à son axe longitudinal. Elle engendre
des forces internes, à savoir des
moments de flexion et des efforts
tranchants. Ces forces dépendent
de la géométrie de la poutre, des
propriétés des matériaux qui la
constituent et de la distribution
des charges. Les déformations
élastiques dans la poutre ont été
étudiées par des ingénieurs tels
que Robert Hooke (1635-1703), dont
la loi exprime mathématiquement
ces déformations. Des ingénieures
et scientifiques tels que Leonhard
Euler (1707-1783), Jacques Bernoulli
(1654-1705) et Daniel Bernoulli (1700-
1782) ont significativement contribué
au développement des premières
théories en structure, bien que
celles-ci n’aient été largement
appliquées dans la construction qu’à
partir du 19e siècle notamment par
l’ingénieur de l’Ecole Polytechniquede
Paris Henri Navier (1785- 1836) ce qui
a remplacé les méthodes empiriques
antérieures.
Pour mieux comprendre ces
déformations, il suffit d’imaginer un
plongeoir en bois avec une personne
debout dessus. L’extrémité de la
planche fléchit sous le poids exercé,
ce qui génère la courbure de la
poutre due à l’allongement des
fibres de sa partie supérieure et
au raccourcissement de celles de
sa partie inférieure alors que l’axe
neutre reste presque le même. Les
sections verticales de la poutre
restent droites et perpendiculaires
aux surfaces. Lorsque la personne
plonge dans l’eau et libère la planche,
cette dernière a tendance à retrouver
Plongeoir en bois ( (source :
Comment ça tient, Mario Salvador)
)
62

La structure comme langage architectural
sa forme initiale, cela représente un
comportement élastique similaire à
celui d’un ressort.
Si la poutre est soutenue par ses
extrémités, les forces de flexion
ont tendance à faire rapprocher
ses extrémités (Fig.66), soumettant
les fibres supérieures à une
compression et les fibres inférieures
à une traction. Nous observons
que les fibres du milieu préservent
généralement leurs longueurs.
L’allongement et le raccourcissement
des fibres supérieures et inférieures
de la poutre présentent une
progression linéaire dans les
sections rectangulaires pour
atteindre une valeur maximale aux
extrémités supérieure et inférieure,
tandis qu’ils restent nuls au niveau
des fibres médianes ce que nous
appelons la notion de fibre neutre.
Le comportement du plongeoir
reproduira fidèlement celui de
la poutre, ce qui peut expliquer
pourquoi les éléments de dimensions
réduites restent peu déformable,
une observation partagée par
Léonard de Vinci et, ultérieurement,
par Navier.
Cela indique que la réaction de
la poutre aux charges verticales
n’est pas uniforme au niveau de
sa section, ce qui constitue une
faiblesse notable dans la poutre. En
effet, une grande partie de la poutre,
précisément son milieu qui ne fournit
aucun travail. C’est pour cette raison
que nous pouvons généralement
améliorer la performance d’une
poutre en modifiant la conception de
sa section. Nous pouvons réduire sa
partie médiane en la renforçant dans
les surfaces supérieure et inférieure,
comme dans la section en forme de
«I» majuscule.
Cette qualité est exprimée
mathématiquement par la valeur
« moment d’inertie » de la section
transversale de la poutre qui
mesure la distribution des aires
d’une section par rapport à un axe
Fig.66:Les efforts internes au
niveau de la section représente
clairement la notion de la fibre
neutre.
Fig.64: En haut:les déformations de
flexion d’une poutre (source : Comment
ça tient, Mario Salvador)
Fig.65:A gauche la performance structurelle
change en fonction de la géométrie
de la section de poutre (Source :
Tony Hunt’s Structures Notebook, Tony
Hunt)
63

La structure comme langage architectural
donné et quantifie la résistance
d’une forme à la flexion. Plus
précisément, le moment d’inertie
indique la capacité d’une section à
résister aux déformations en flexion,
en influençant la distribution des
charges appliquées. Une valeur
élevée de moment d’inertie signifie
généralement une bonne résistance
à la flexion, par exemple, la rigidité
d’une poutre diminue beaucoup
lorsque sa longueur augmente
(Fig.67)
L’efficacité de la poutre peut être
aussi accentué par le matériau
utilisé, par exemple nous sommes
familiés du phénomène de
fissuration dans la partie inférieure
d’une poutre en béton car ce dernier
résiste mieux à la compression qu’à
la traction, tandis que les poutres
en acier représentent une meilleure
performance parce que l’acier résiste
de manière identique à la traction
comme à la compression, ce qui
explique le recoure à l’armature dans
les structures en béton armé.
En plus de la flexion, les charges
axiales appliquée sur la poutre ont
tendance à la faire pivoter, comme
dans une console est chargée à
son extrémité, pour résister à ce
mouvement ces charges génèrent
des forces internes qui agissent
le long de la section transversale
de la poutre, ce qui résulte en
un glissement relatif entre les
différentes parties de la structure. Il
s’agit du phénomène de cisaillement,
ces contraintes peuvent influencer
significativement le comportement
de la poutre sous charge axiale.
Des déformations excessives, des
déplacements non désirés ou même
des défaillances peuvent résulter de
forces de cisaillement mal gérées.
Si la traction a pour effet de
créer une séparation entre les
particules constituant le matériau,
et la compression les rapproche,
Le cisaillement n’est qu’une
combinaison entre les deux.
Fig.67:Si nous prenons
l’exemple d’une section de 2x 3 :
I(1)=2x27/12=4,5 & I(2)= 3x8/12=2
Fig.68: Fissures d’une poutre en
béton à cause des forces de traction
(source : BEYOND BENDING, Philippe
Block et son groupe de recherche)
64

La structure comme langage architectural
Poteau
A l’instar de la poutre, le poteau
est l’élément structurel vertical
le plus évident du vocabulaire de
la structure, son rôle constitue à
supporter et évacuer les charges
transmises par les poutres jusqu’aux
planchers ou fondations. Un poteau
est donc principalement soumis à
la compression. Lorsqu'une charge
axiale est appliquée, elle a tendance à
provoquer un phénomène structurel
perturbant, Il s’agit du flambement,
nous pouvons le visualiser en
exerçant une pression croissante
sur une règle mince en acier placée
verticalement sur une table. La règle
demeure initialement droite, mais à
un moment donné, elle commence
à fléchir. Cela démontre qu'une
règle parfaitement droite, soumise
à une force compressive alignée
avec son axe, fléchira brusquement
à une valeur spécifique de cette
force, appelée sa valeur critique.
Au moment où la règle fléchit, la
force de compression crée un bras
de levier par rapport à son axe, ce
qui engendre une flexion latérale de
plus en plus importante. Rapidement,
la règle se retrouve en flexion. Ce
phénomène est une application
simple du célèbre principe de la
nature, la "loi du moindre effort". Si
une charge croissante est appliquée
au sommet d’un poteau, la charge
est d’abord conduite au sol par
compression, en raccourcissant le
poteau. A une certaine valeur de
la charge, le poteau peut choisir
entre deux voies : soit continuer à
se raccourcir par compression, soit
plier. Si la flexion demande moins de
travail que la compression, le poteau
choisira la voie la plus facile et pliera.
ce qui est explique le flambement .
Comme pour la poutre, la géométrie
et l'aire de la section du poteau
jouent un rôle primordial dans
sa résistance. Auparavant, pour
résister à des charges excessives,
on avait l'habitude d'opter pour des
poteaux massifs. Les colonnes d'un
temple grec, par exemple, n'auraient
jamais pu flamber car elles étaient
massives et peu élevées. Cependant,
aujourd'hui, compte tenu des
sections réduites autorisées par les
matériaux modernes solides, on opte
plutôt pour une amélioration de la
géométrie de la section des poteaux.
Le flambement, étant donné une
variation de la flexion, explique
pourquoi les poteaux actuels en acier
adoptent la forme des poutres en «I».
Grâce à cette forme, leur résistance
au flambement est supérieure, sans
pour autant augmenter l’épaisseur
et par conséquent le coût du
matériau.
Une des caractéristiques
dangereuses du flambement est
sa soudaineté. Lorsqu’il atteint
une charge critique, il se produit
sans aucun avertissement. Prenons
l’exemple du centre de hockey
sur glace de Hartford : le système
réticulé spatial de sa toiture était
composé de barres métalliques
couvrant une surface de 110 m par 90
m.
Il reposait sur quatre piliers
massifs en béton, placés à 12 m de
chacun de ses angles. Les barres
supérieures fléchissaient en
compression sous son énorme poids
mort de 1250 t, ainsi que sous le
poids de la neige, de la glace et de
l’eau qui s’accumulaient. Il résista
pendant quatre ans, puis s’affaissa
Phénomène du flambement.
65

La structure comme langage architectural
soudainement à 4 heures du matin en
1978 , à la suite d’une forte tempête
de neige. Ce malheureux événement
a été à l’origine d’une surcharge qui a
entrainé le flambement au niveau de
certains piliers.
Pour optimiser l’utilisation des
poteaux, les architectes et les
ingénieurs, se sont inspirés de
la nature en imitant la structure
des arbres (voir le chapitre). Cette
approche vise à prolonger le travail
d’un poteau au niveau du plancher,
réduisant ainsi le nombre de
poteaux et rendant l’architecture
moins encombrée visuellement
tout en améliorant sa performance
structurelle. En plus des avantages
esthétiques, cette astuce permet
de diviser par deux le nombre de
poteaux, et par conséquence, elle
permet d’augmenter leur section et
renforçant leur capacité à résister
au flambement tout en optimisant
l’utilisation des matériaux. La bonne
compréhension des comportements
structurels des poteaux a toujours
établit le fil conducteur vers
des créations architecturales
impressionnantes ou la structure
incarne le potentiel architectural
comme l’exemple de la «structure
parapluie» de Pier Luigi nervi dans
son chef-d’œuvre, le Palazzo Del
Lavoro, à Turin en 1961. Nervi a utilisé
des poteaux en forme de parapluie
(Fig.69) Renforcés avec une nouvelle
approche de construction, parfois
avec des porte-à-faux en acier
comme branches radiales principales
au lieu de structures monolithiques
en béton. Cette géométrie, en plus
de sa forme esthétique plaisante,
améliore notablement l’efficacité
structurelle en optimisant la
distribution des charges.
Fig.69: L’articulation géométrique des poteaux Palazzo del Lavoro en 1961, par Pier Luigi Nervi.(Source: Construire correttamente
par Luigi Pier Nervi )
66

La structure comme langage architectural
Grille de poutre
Lors du transfert des charges, elles
suivent naturellement le chemin le
plus court. Cela explique pourquoi les
grilles constituées d'un réseau de
poutres plus ou moins égales sont
bien plus efficaces structurellement
puis qu’elles distribuent de manière
équitable les charges vers les
supports, contrairement aux toits
rectangulaires où le transfert de
charge se fait par les poutres les
plus courtes.
La force d’une grille bidirectionnelle
ne réside pas uniquement dans les
dimensions de ses composants, mais
également dans la disposition de
l'entrelacement des intersections
qui la rend plus rigide. En effet,
lorsqu'une charge ponctuelle axiale
est appliquée à un réseau orthogonal
de poutres soutenu des quatre
côtés (Fig.71), les poutres alignées
avec celle sous charge fléchissent de
manière similaire, tandis que celles
perpendiculaires subissent une
contrainte de torsion. Afin de résister
à ces déformations non uniformes,
les poutres doivent être solidement
assemblés à leurs intersections.
Cela nous conduit intuitivement
à envisager le système auquel
nous sommes bien familiarisés, la
structure en poteau-poutre avec
un grillage en béton armé, dont
la rigidité découle de sa nature
monolithique. Cependant, cette
approche n’est pas tout à fait
nouvelle, elle a été utilisée par les
civilisations primitives qui avaient
l’habitude d’entrelacer les barres en
bois de leurs toits, permettant ainsi
à la pression exercée sur une poutre
d’agir en solidarité avec toutes les
autres.
Si nous densifions ce réseau de
poutre de plus en plus nous allons
finir par former une surface continue
qui s’agit principalement d’une
dalle qui fonctionne de la même
manière en transférant les charges
par effet de flexion et torsion,
Fig.71:Réseau orthogonal de
poutre (source : Comment ça
tient, Mario Salvador)
Fig.70:Lanificio Gatti à Rome
(1951). Vue du couloir avec
nervures isostatiques. (Source:
Construire correttamente par
Nervi)
67

La structure comme langage architectural
mais qui a un avantage d’être plus
rigide du à son aspect monolithique,
et par conséquence peut avoir
une épaisseur plus mince que les
poutres, cependant il est important
de noter que pour avoir de longues
portées supérieures à 6m il est
plus optimal de rigidifier sur leurs
faces inférieures par des nervures
orientées d’une façon à conduire la
descente des charges efficacement,
Pier Luigi Nervi est un architecte
et ingénieur renommé pour son
approche créative en conception
structurelle. Il a utilisé le ferrociment
pour créer des dalles avec des
nervures courbes, orientées de
manière logique pour le transfert
efficace des charges de la dalle vers
les poteaux, en suivant la logique
de distribution des charges, (Fig.70)
. Son ouvrage Lanificio Gatti à Rome
en 1951 illustre parfaitement la
convergence entre une approche
structurelle et artistique, ce qui
lui vaut le surnom de « poète de la
structure » Outre son génie formel
et structurel, Pier Luigi Nervi a été
également célèbre pour l’utilisation
de ferro-ciment comme coffrage
permanent, Nervi fut l’un des
premiers ingénieurs à l’intégrer en
architecture. Ce matériau, inventé
par les français et utilisé dans la
construction navale et la sculpture,
est composé de plusieurs couches de
mailles en acier soudée, superposées
pour former une grille. Noyée dans un
mortier de béton composé de sable,
de ciment et d’eau, les éléments
en ferro-ciment peuvent avoir une
épaisseur réduite, allant de deux à
cinq centimètres. Tout en offrant
une résistance et une résistance aux
chocs relativement bonnes.
Une autre façon pour optimiser le
fonctionnement structurel des dalles
c’est d’alléger leur poids créant des
vides à l’intérieur comme c’est le
cas de la dalle à caisson qui est une
des dispositions de la dalle nervurée,
cette technique a été utilisé en 1974
par Foster Associates en collaborant
avec l’ingénieur Anthony Hunt pour
concevoir la dalle nervurée de Willis
Faber and Dumas office,
Fig.72:Willis, Faber and Dumas
office, Ipswich, UK, 1974; Foster
Associates, ; Anthony Hunt
Associates,
68

La structure comme langage architectural
Mur porteur
Historiquement, l’architecture des
bâtiments était principalement
constituée de murs porteurs en
pierre ou en brique, ce qui rend cet
élément beaucoup plus ancien que
ce que nous pensons. Cependant, son
étude et son utilisation aujourd’hui
sont largement associées au voile en
béton armé. Pourtant, son usage par
nos prédécesseurs était si dominant
qu’il était à peine remarqué comme
une structure.
Conceptuellement, les murs
porteurs agissent comme une
structure surfacique qui combine
les caractéristiques des poteaux,
en supportant les forces verticales,
et les caractéristiques des poutres
grâce à leur longue section et à leur
fort moment d’inertie(Fig.73), ils
offrent une résistance supérieure
à la flexion, ce qui leur rend plus
efficaces pour résister aux forces
verticales et aux forces latérales
parallèles à leur axe.
En revanche, ils sont moins
résistants aux forces latérales
perpendiculaires à leur axe(Fig.74), De
ce fait, il est important d’utiliser des
contreforts ou un système de murs
porteurs continus et orthogonaux à
fin de remédier à ce point faible,
Les structures murales porteuses
sont constituées d’une série des
plans horizontaux soutenus par
deux ensembles de murs, porteurs
et de contreventement pour
assurer leur stabilité, en effet, cette
configuration crée une véritable
contrainte architecturale parce
qu’elle limite la liberté de conception
spatiale en raison de leur forme de
base et de la nécessité d’un intérieur
multicellulaire.
Quoi qu’il en soit, la simplicité
des murs porteurs, leur aspect
monolithique et leur nature
architecturale, permet de les utiliser
comme éléments intéressants
dans la poésie de l’architecture
en exprimant la structure, comme
c’est particulièrement le cas dans le
Crématorium de Baumschulenweg,
(Fig.75) précisément au niveau de sa
façade qui dessine minutieusement
un trait architectural mystérieux
caché derrière la structure
dominante de mur, une autre preuve
de la qualité architecturale de cette
structure est illustré par le fameux le
monument de Washington avec son
caractère imposant et monolithique.
Fig.73:La transition entre l’effet
de flexion de la poutre et l’effet
de compression dans le poteau
en passant par les voiles(-
Source: Building structures,
Malcolm Millais)
Fig.74:Un mur poteau n’est
pas stable lorsque la force est
perpendiculaire sur son axe
Fig.76:L’utilisation d’un système
de maçonnerie porteuse
dans le monument de Washington
est un exemple classique de
conception structurelle.
Fig.75:L’expression architecturale
des murs porteurs dans
la façade du Baumschulenweg
Crematorium.
69

La structure comme langage architectural
Structure en treillis
Comme nous l’avons vu, la poutre,
même si elle est largement utilisée
comme élément de structure, n’est
pas vraiment performante pour de
longues portées en raison de son
comportement structurel en flexion
et cisaillement qui augmente avec
sa longueur. Pendant notre étude,
nous avons compris qu’une grande
partie de la poutre, en particulier
celle du milieu le long de l’axe neutre,
ne contribue pas réellement à sa
stabilité.
C’est là qu’intervient l’idée
ingénieuse -Pourquoi ne pas y percer
des trous ?
C’est là, l’origine de la configuration
triangulée des treillis qui vise une
exploitation optimale des matériaux.
Le triangle, comme l’a fait remarquer
le célèbre constructeur de ponts
à grande portée John Roebling, «
est la figure géométrique la moins
déformable », travaillant uniquement
en compression ou en traction, (dans
le cas de structures isostatiques
avec nœuds articulés). En appliquant
une charge axiale à un triangle
équilatéral, nous observons que les
deux barres inclinées subissent des
efforts en compression tandis que la
barre horizontale est tendue (Fig.78).
Dans le but de supporter ou ponter
en utilisant deux ou plusieurs
triangles pour atteindre la portée
demandée les triangles vont basculer
ce qui implique la nécessité d’une
barre horizontale pour bloquer les
mouvements (Fig.77)
Le concept donc repose sur un
agencement de barres horizontales,
verticales ou diagonales, qui
supportent les charges uniquement
en traction et en compression pour
minimiser les contraintes en flexion
et permettre une utilisation plus
efficace des matériaux.
Quand un treillis est soumis à des
forces externes, différentes parties
de l’assemblage subissent des
contraintes de compression et de
tension. Par exemple, dans le cas
d’un pont en treillis, les poutres
supérieures sont comprimées, les
poutres inférieures sont tendues,
et les pièces en diagonale évitent
la torsion des poutres principales.
Depuis la révolution industrielle
jusqu’à aujourd’hui, les treillis
ont fait preuve de leur fiabilité
structurelle dans la construction de
ponts à grande portée tels que le
Forth en Écosse en 1890 (Fig.79), des
tours comme la tour Eiffel, et dans
les noyaux centraux des gratte-ciels
tels que la tour de la compagnie
d’assurance John Hancock à Chicago.
Les treillis représentent une des
Fig.77:(Source : Comment
tout ça tient, Michel Provost et
Philipe de Kemmeter)
Fig.78:(Source: Building Structures
2ed. From Concept to
Design, Malcolm Millais)
Fig.79: Le FORTH en écosse,
1890 (source : Comment Ça
tient, Mario Salvador
70

La structure comme langage architectural
structures les plus permettant
ayant comme grand avantage sa
légèreté par rapport à d’autres
systèmes structurels, ce qui permet
l’utilisation d’éléments standardisés
et offrant la possibilité d’un préassemblage
éventuel.
Au fil du temps, diverses formes de
treillis ont émergé. En 1840, Howe
fut le pionnier en déposant un
brevet pour son treillis, bien qu’il
soit actuellement peu utilisé. Les
ingénieurs ferroviaires PRATT, père
et fils, ont suivi en déposant leur
propre brevet en 1844 pour un treillis
largement employé. En 1848, le
treillis de WARREN fit son apparition.
D’autres variantes comprennent les
treillis Baltimore,
Les fermes Polonceau, Mansard,
ainsi que le treillis lenticulaire de
Pauli, célèbre pour son utilisation
sur le Royal Albert Bridge conçu par
Isambard Kingdom Brunel avec une
portée importante.
La stabilité des treillis se mesure
en degré d’hyperstaticité, lié à
la configuration des barres et
des nœuds, déterminant ainsi
si la structure est isostatique,
hyperstatique ou hypostatique. Un
cas isostatique, le plus économique
et léger, se produit lorsque le
nombre de barres est juste suffisant.
Cependant, en cas de défaillance
d’une seule poutre, la stabilité
de l’ensemble est compromise,
comme dans le cas d’une structure
hypostatique. Les structures
sont souvent hyperstatiques, ce
qui signifie qu’elles ont plus de
barres que nécessaire pour assurer
la stabilité. Dans ces situations,
la structure peut devenir plus
résistante aux déformations et aux
charges externes, mais les calculs
statiques deviennent plus complexes
car les équations de la statique ne
suffisent pas pour déterminer les
inconnus.
Les travaux d’ingénieurs et de
mathématiciens tels que Karl
Fig.80:La structure de Albert
bridge (Source: Bridge decomuntation,
https://historicbridges.
org, 07/11/2024)
Fig.81:Quelque exemples de
types de treillis (source : Comment
ça tient, Mario Salvador)
71

La structure comme langage architectural
Culmann (1821-1881), reconnu comme
l’auteur de la statique graphique
en 1864, ainsi que le célèbre Luigi
Cremona (1830-1903), qui a donné
son nom à sa méthode graphique,
ont considérablement contribué au
développement de la conception et
de l’analyse des structures en treillis
isostatiques articulés à travers
l’approche graphique. Ils ont joué un
rôle majeur dans la compréhension
des forces internes et des
déformations dans les treillis, posant
ainsi les bases d’une approche plus
simplifiée de l’ingénierie structurelle.
Leurs contributions ont consisté à
fournir des outils graphiques et des
méthodes analytiques permettant
d’évaluer la stabilité.
en architecture la configuration
linaire des treillis est utilisé de
plusieurs façons, surtout pour
des structure apparente dont
l’architecture est exprimée a
partir les éléments structurels au
contraire à la tradition qui tend
à les cacher derrière la paroi
architecturale, un exemple notable
est l’élégant batiment Patera (1981)
réalisé par l’architecte Michael
Hopkins avec la collaboration de
l’ingénieur Anthony Hunt Associates,
(Fig.83)Le bâtiment repose sur une
structure en treillis en acier léger qui
maintient un système de revêtement
isolant et des parois entièrement
vitrées. Les éléments structuraux
principaux sont non seulement
situés à l’extérieur mais aussi ils
suivent une direction inversée de
la descente des charges puisque
les composantes du bâtiment sont
suspendues au-dessous des treillis
qui couronnent la partie supérieure
du bâtiment.
Le centre culturel George Pompidou à
paris (1977), conçu par les architectes
Piano & Rogers avec l’ingénieur
structurel Ove Arup & Partners, est
un autre exemple emblématique
de l’architecture high-tech avec sa
façade qui expose sa structure en
treillis,
Fig.82:Le centre culturel
George Pompidou ,par l’architectes
piano & Rogers avec
l’ingénieur structurel Ove Arup
& Partners. (1977)
Fig.83:Patera (1981) réalisé
par l’architecte Michael
Hopkins avec la collaboration
d’ingénieur de structure Anthony
Hunt Associates (Source:
URL: https://www.hopkins.
co.uk,07/11/2024)
72

La structure comme langage architectural
Treillis dans l’espace
Lorsque les espaces à couvrir ont
une forme pratiquement carrée, tels
que ceux des expositions ou des
congrès, il pourrait sembler logique
que la toiture soit soutenue par
une grille rectangulaire de treillis
verticaux composée de barres de
différentes tailles. Néanmoins, deux
contraintes limitent cette approche
: le coût élevé des assemblages
des treillis perpendiculaires et le
fait que la structure soit composée
de rectangles qui ne sont pas
naturellement rigides. Alexander
Graham Bell (1847- 1922), un ingénieur
et scientifique américain célèbre
pour l’invention du téléphone, a
été le premier à réaliser que si
ce type de toiture pouvait être
triangulé dans l'espace, il offrirait
une meilleure rigidité dans toutes
les directions, permettant ainsi une
réduction du poids. Il s’agit d’un
treillis spatial qui a donné naissance
à une famille de toitures modulaires,
faciles à assembler, économiques et
visuellement attrayant. Ces toitures
se composent principalement
d'éléments pyramidaux formés par
deux grilles de barres horizontales et
parallèles, reliées par des diagonales
orientées dans un minimum de trois
directions .
En effet, l'adoption de cette
technique a été retardée en
raison du la complexité des calculs
mathématiques nécessaires à sa
conception qu’il fallait attendre
l'avènement de l'ordinateur.
Le treillis spatial est considéré
comme étant une structure
économique, il est énormément
utilisé pour couvrir de vastes
espaces. Un exemple remarquable
est le hall d'expositions de Anhembi
Park à Sao Paulo, au Brésil, doté d'une
toiture en plastique translucide et
en aluminium formant un treillis
spatial couvrant une surface de
79 mètres carrés. Des architectes
renommés comme i. M. Pei, ont
exploité le potentiel visuel distinctif
des barres "en zigzag" dans des
systèmes triangulés pour les
intégrer dans des projets tels que
la national Gallérie à Washington
(1970). Ce bâtiment a été sculpté
à partir d'un volume triangulaire,
en profitant des compétences
artistiques de l’architecte et l'artiste
Paul Stevenson Oles pour étudier et
façonner les espaces intérieurs de la
galerie, plus précisément le système
de verrière qui couvre une cour
intérieure et permet une lumière
zénithale à travers la structure
spatiale en treillis, soigneusement
dessinée et étudiée en termes de
proportions et d’équilibre visuel.
Fig.84:Paul Stevenson Oles.
Etude de perspective pour une
structure spatiale, east building
de la national gallery of art, 1er
mars 1971. Graphite sur papier
73

La structure comme langage architectural
Structure en coque
Géométrie des structures en
coque
à ces méthodes que les possibilités
actuelles permettent de paramétrer
ces formes pour générer une infinité
de variations.
En architecture, les surfaces courbes
sont souvent considérés comme des
formes architecturales dynamiques
et fluides dotées de mouvements.
En géométrie, les structures en
coque sont considérées comme
des surfaces courbes, c’est-à-dire
«toute surface non plane». Elles
résultent du déplacement d’une
ligne flexible mais aussi rigide selon
une loi donnée, cette ligne étant
appelée la courbe génératrice.
Avant les possibilités offertes
par le béton armé, l’architecture
traditionnelle se limitait aux formes
géométriques simples, souvent
dérivées de l’arc de cercle (portion
de cercle). Par exemple, le cylindre
(voûte) suit un mouvement de
translation d’un arc le long de l’axe
perpendiculaire à son plan, tandis
que la demi-sphère résulte d’une
rotation de l’arc par rapport à son
axe de symétrie.
Toutefois il existe une diversité de
courbes et de modes de génération
qui mène à une variété de surfaces
courbes. Les lois qui déterminent
le mode de génération se basent
sur des méthodes mathématiques
et analytiques, entre outre le calcul
différentiel et intégral. C’est grâce
Classification:
En géométrie, les surfaces courbe
sont généralement classifiées selon
trois familles :
- Les quadriques : une quadrique
(du latin quadrus, carré) est une surface
courbe, représentant l’ensemble
des points vérifiant une équation algébrique
du second degré (d’où l’étymologie).
Les sections planes des quadriques
sont des coniques, qui sont
des courbes planes du deuxième degré
incluant l’ellipse, la parabole et l’hyperbole
- Les surfaces réglées : une surface réglée
est générée par le déplacement
d’une droite dans l’espace, selon une loi
donnée. Autrement dit, chaque point
de la surface est traversé par au moins
une droite contenue dans cette surface.
Tel que l’hélicoïde réglé qui est le résultat
de la rotation d’une ligne radiale
tout en faisant une translation le long
de son axe vertical (exemple : escalier
hélicoïdale),
- Les surfaces de révolution : une surface
de révolution est générée par
la révolution d’une courbe plane autour
d’un axe. La rotation d’une droite
constitue un cas particulier de cette définition,
comme le cône qui est une rotation
d’une droite inclinée par rapport
à un axe central 1
1 Voir : « géométrie spatiale » Daniel
Jaques et Jean-François Calame
74

La structure comme langage architectural
Comme nous le remarquons, ces
trois familles se chevauchent
fréquemment. Par exemple, le
cylindre résulte à la fois de la rotation
d'une ligne droite par rapport à un
axe central (la famille des surfaces
de révolution) et de la translation
d'un cercle le long du même axe (la
famille des surfaces réglées).
Afin de simplifier l'application de
cette classification en architecture
et en génie structurel, nous
limiterons à l'étude des surfaces
de révolution avec une rotation
circulaire et les surfaces constituées
d'une translation de même courbure
le long d'une ligne droite qui les
correspondent (surfaces réglées)
75

La structure comme langage architectural
Ce que nous étudierons ne
représente qu'un nombre limité
d'exemples de courbes basiques
au sein d'une diversité plus vaste.
Notre choix est basé sur les formes
les plus couramment utilisées dans
l'architecture.
Fig.85:Tableau de classification
géométrique des
surfaces courbe selon trois
familles extrait de ( Source :
Géométrie spatiale )
76

La structure comme langage architectural
Courbe
Translation selon un axe
perpendiculaire sur le
plan de la courbe
(font partie de Surfaces
réglées)
Rotation par rapport à
un axe de symétrie
(Surfaces de révolution)
Courbe est une ligne
génératrice du parabole
Cylindre de révolution
Sphère
Paraboloïde de
révolution
Ellipse
Cylindre elliptique
Ellipsoïde
de révolution
Paraboloïde elliptique
Cylindre parabolique
Paraboloïde
de révolution
Courbe sinusoidale
Surface ondulée
Hyperboloïde à une
nappe h1
Hyperbole
Cylindre hyperbolique
Paraboloïde
hyperbolique
Hyperboloïde à deux
nappe h1
77

La structure comme langage architectural
Ce tableau représente une sorte
de carte mentale pour assembler
les surfaces courbées les plus
courantes, une autre classification
pertinente pour nous est celle qui
se base sur le signe de la courbure
totale, parce qu’elle nous permet à
l’appliquer sur la classification des
structures en coque en fonction de
trois catégories,
Notion de signe de courbure :
Chaque plan passant par la normale
à un point P d'une surface E [sigma]
détermine une intersection dont
le rayon de courbure varie entre
un minimum r1, et un maximum
r2. On montre que les deux plans
contenant ces courbures extrêmes
(ou cercles osculateurs extrêmes)
sont perpendiculaires l'un à l'autre,
La courbure totale d’une surface en
un point donné est le produit des
deux courbures extrêmes.
A chaque point donné d'une surface
correspond une Courbure totale
(Ctot)
Signe de la courbure Ctot
- C>0 : la courbure est positive
lorsque les rayons de Courbure r, et r
sont du même côté du plan tangent Au
point. Exemple : la demi sphère
- C=0 : la courbure est nulle lorsque
l'un des rayons est infini. Le Cas du
cône
- C<0 : la courbure est négative
lorsque les rayons de courbure r, et
ra Sont opposés par rapport au plan
tangent au point. Le cas du paraboloïde
hyperbolique
- Certaines surfaces peuvent avoir
un signe de courbure totale variable
exemple le tore 1
En structure, ce type de classification
est révélateur car il illustre mieux
la relation entre les typologies
géométriques et les comportements
structurels. Ainsi, nous allons
organiser notre exploration des
structures en coques en nous
concentrant sur les trois types de
courbure : positive, négative et nulle.
Fig.86:Les types de surface
selon le signe de la courbure
( Source : Géométrie
spatiale )
1 Voir : « géométrie spatiale »
Daniel Jaques et Jean-François Calame
78

La structure comme langage architectural
Arc /courbe
Avant d'explorer le potentiel de la
structure en coque, il est important
de commencer par étudier sa forme
bidimensionnelle, l’arc.
En géométrie, un arc est une partie
d'une courbe qui est localement
définie par une fonction continue;
il est considéré lui-même comme
l'un des éléments structurels les
plus résistants, dont l'utilisation
remonte à l'antiquité, notamment
à la civilisation mésopotamienne.
Les premiers exemples d'arcs dans
la construction sont observés
dans les architectures sumérienne
et babylonienne, où des arcs en
briques voûtées ont été utilisés
pour soutenir des structures telles
que des portes et des passages
souterrains. Mais leurs applications
architecturales atteignent leur
apogée spécifiquement dans
l’architecture romaine, dans
leurs basiliques, forums, ponts,
amphithéâtres et les bains romains,
avec des ouvrages qui persistent
encore aujourd'hui, comme le Colisée
et les aqueducs, tout cela en utilisant
la forme la plus simple, l’arc au pleincintre
qui est Fondamentalement un
demi-cercle,
L’arc agit comme un système qui
transmet les charges, vers les murs
ou les supports aux extrémités.
En raison de leur morphologie les
segments subissent principalement
des forces de compression en
générant des poussées horizontales
vers l’extérieur, ce qui a tendance
à provoquer leur écartement. C’est
pour cela que les arcs sont souvent
conçus en connexion avec des murs
massifs aux extrémités avec un
système de contreventement et
de contreforts ou des tirants pour
absorber les poussées et éviter
leur effondrement, cela explique
le principe derrière la création de
certains arcs comme les arcs brisés
et les voûtes nervurées. Des tirants
métalliques ou en bois peuvent
Fig.87:Quelques exemples des
arcs (Source:URL https://eduscol.education.f,
07/11/2024)
79

La structure comme langage architectural
également être utilisés pour
maintenir les extrémités.
La raison pour laquelle l’arc constitue
une solution structurelle ancienne
pour enjamber une distance
considérable, c’est parce qu’il permet
l’utilisation des pièces (claveaux)
de dimensions réduites en utilisant
des matériaux qui résistent à la
compression comme la pierre, la
brique et l’adobe abondamment
disponible dans la nature,
Sur le plan de l’analyse structurelle,
un arc est fondamentalement
une structure hyperstatique du
troisième degré, ce qui signifie que
trois articulations le rendraient
statiquement
déterminé
(isostatique). Cette conception
permet de déterminer sa charge de
rupture ou d’effondrement. D’autre
coté, le choix des articulations aux
points de support influencera sur les
types de contraintes. Si le concepteur
opte pour des articulations capables
de transférer des forces verticales
et horizontales, alors la structure
courbe agira comme un arc. Si les
articulations ne peuvent transférer
que des forces verticales, elle agira
comme une poutre courbe.
En génie structurelle, l’arc est
principalement utilisé dans les ponts,
initialement en pierre et plus tard
en utilisant des nouveaux matériaux
comme le béton armé et l’acier,
les arcs en pierre représentent
un inconvénient remarquable à
cause de leur aspect massif, ce qui
justifie la conversion vers d’autres
matériaux lorsque la distance à
franchir dépasse les 30 mètres,
comme c’est le cas du premier pont
en fonte, Ironbridge (1777),conçu
durant la révolution industrielle en
Angleterre (Fig.89) c’était l’ouvrage
Fig.89:Iron bridge (1777)
(Source: ResearchGate, UR-
L:https://www.researchgate.
net, 07/11/2024)
Fig.88:Pont de SALGINATOBEL,
en béton par Robert Maillart
(1930)
80

La structure comme langage architectural
d’art qui a marqué officiellement la
transition de la pierre vers le métal
en combinant ainsi la performance
de l’arc et la légèreté structurelle et
visuelle des structures métalliques.
Plus tard, des ponts à arche en béton
armé comme celui reliant l’île de Krk
à La Yougoslavie dans l’adriatique,
avec une portée de 390 m, ont été
conçus en intégrant un arc et des
montants verticaux au-dessus pour
soutenir le tablier en agissant de
manière opposée aux câbles de
suspension métalliques des ponts
suspendus, c’est une conception
qui s’inspire du pont de Salginatobel
qui a été créé par l’ingénieur suisse
Robert Maillart, renommé pour sa
conception de ponts en béton armé
basés sur la statique graphique,
ses pont sont souvent dotés d’une
arche unique exceptionnellement
fine, parfois aussi mince que 18 cm,
et qui peuvent atteindre jusqu’à
100 mètres de portée grâce à
leurs formes et à leur conception
structurelle comme le pont en arc
raidi de ZUOZ (1900) et le pont de
Salginatobel (1930) caractérisé par
trois articulations.
Le principe de l’arc raidi consiste à
maintenir l’uniformité des charges
exercées sur l’arc. Pour mieux
comprendre son mode de stabilité,
nous devons nous rappeler des
mécanismes structurels. Un arc
supporte une charge uniforme vers
les appuis en utilisant uniquement
des forces de compression. Une
charge ponctuelle importante
entraîne une ligne de poussée qui
sort de la section. Ainsi, l’arc ne
peut plus rester en compression
seule. L’ajout d’un raidisseur permet
de contenir la ligne de poussée
à l’intérieur de la section de la
structure. La poussée horizontale
de l’arc peut être équilibrée avec
des tirants en tension, transformant
ainsi l’arc raidi en une poutre légère.
Il est intéressant de noter que la
forme idéale de l’arc est celle qui
est constituée de la forme d’un
câble mais inversé comme la décrit
Robert Hooke (1635-1703), un câble
chargé de manière uniforme, vue
sa nature flexible, fonctionne
seulement en traction. Nous parlons
de la forme funiculaire, une fois
gelée et inversée, elle constituera
une forme d’arc funiculaire qui est
chargée uniquement en compression
et qui présente une performance
exceptionnelle qui peut permettre
une épaisseur très réduite.
Nous pouvons constater que le
fameux arc de Gateway adopte une
forme similaire que celle décrite par
Hooke, ce qui a permet d’attendre
une hauteur impressionnante de
192m, ce gigantesque monument
conçu en 1965 à Saint-Louis
Missouri USA par Eero Saarinen
(1910-1961), est composé de 142
sections préfabriquées en acier
en section triangulaire ce qui
améliore d’avantage sa performance
structurelle.
Un autre exemple remarquable de
l’utilisation des structure en arc dans
Fig.90:Le pont à arc unique
représente une ressemblance
frappante avec un pont suspendu
mais inversé (Source:
Comment ça tient)
Fig.91:Le principe du pont
en arc raidi de zuoz (1900).
(Source: Beyond bending)
Fig.92:LRobert
Hooke(1635-1703) décrit la relation
entre la chaine supendu
qui est en tension sous l’effet de
son propre poids et l’arc qui a
la même forme mais inversé en
compression
Fig.93:Gateway 1963-1965
Saint-Louis Missouri USA par
Eero Saarinen et Hannskarl
Bandel
81

La structure comme langage architectural
l’architecture est l’Exchange House à
Londres qui a été inauguré en 1990, Il
reflète une conviction profonde chez
SOM :
Presque toutes les villes du monde ont
le potentiel de créer de nouveaux espaces
urbains. Dans ce projet, l’espace
a été optimisé en exploitant les droits
aériens et en intégrant des techniques
d’ingénierie avancées à la conception
architecturale.
Exchange House est considéré
comme un mariage entre un
bâtiment et un pont. Sa forme et sa
structure sont basées sur un pont en
acier apparent avec une portée de
78 mètres. Une plateforme surélevée
permet aux voies ferrées de la gare
de Liverpool Street de fonctionner
sous cet immeuble de bureaux de
10 étages. Le bâtiment est soutenu
par quatre arches structurelles
parallèles, dont deux sont visibles
de l’extérieur et deux de l’intérieur,
ce qui offre des espaces intérieurs
dégagés sans nécessité de colonnes.
Ce projet a représenté l’une des
plus grandes contributions nettes
en nouvelles infrastructures au
cœur d’une des métropoles les plus
denses du monde. Il a également
stimulé le développement de
nouvelles perspectives de rues, de
parcs, de ponts et de places dans
la région. Exchange House est situé
dans le complexe de Broadgate,
un quartier mixte conçu par SOM
en partenariat avec Rosehaugh
Stanhope Developments et British
Rail.
Fig.94:Exchange House à
Londres 1990 (source : archdaily,
16/10/2024)
82

La structure comme langage architectural
Structure en coque
La structure en coque représente
une solution privilégiée pour
couvrir d’immenses surfaces sans
encombrer l’espace intérieur de
poteaux. Grâce à sa surface incurvée
elle se distingue par une remarquable
résistance, même avec une faible
épaisseur par rapport à sa portée,
c’est pour cela qu’elle est classée
dans la catégorie des structures à
résistance de forme. Cette notion
peut être inutilement expliqué par
des simples expérimentations. Par
exemple, une fine feuille posée à
plat entre deux livres, du fait de sa
minceur, demeure très souple et
incapable de supporter son propre
poids, et donc pat résistante à la
flexion. Cependant, en lui donnant
une courbure légère tout en
bloquant ses extrémités pour créer
une sorte de demi-cylindre, elle
conserve sa stabilité et ne s’effondre
pas. Comme nous l’avons vu avec
l’arc, ces structures présentent des
comportements similaires, le cylindre
n’étant qu’un arc extrudé selon un
mouvement de translation.
De même, lorsqu’on maintient
une fine feuille de papier par l’un
de ses bords courts, elle ne peut
pas soutenir son propre poids,
et son autre extrémité s’incline
vers le bas. Mais, en lui conférant
une légère courbure du côté que
nous tenons, cette feuille devient
plus rigide et peut supporter, à la
manière d’une poutre en console,
non seulement son propre poids,
mais aussi celui d’un crayon ou
d’un stylo léger. Nous n’avons pas
renforcé la feuille de papier avec
un matériau supplémentaire ; nous
lui avons simplement donné une
forme incurvée. La nature elle-même
applique ce principe, comme en
témoigne la coquille d’œuf, très fine
pour faciliter l’éclosion de l’animal
à la fin de son développement tout
en étant résistante, cette rigidité
provenant de sa forme ovale.
Une autre méthode couramment
utilisée pour renforcer la rigidité
des feuilles consiste à les plier
plusieurs fois afin d’obtenir une
surface ondulée en forme de demicercle
ou de triangle, dont nous
avons déjà souligné la résistance
inhérente aux déformations. Cette
démarche s’inspire intuitivement
des coquillages qui, grâce à leurs
surfaces ondulées, font face aux
impacts constants des vagues de la
mer, tout en gardant une durabilité
remarquable. Les vestiges fossilisés
de coquillages, remontant à des
époques géologiques anciennes,
montrent des formes ondulées et en
spirale
Cette géométrie a été couramment
employé avec succès dans la
conception de toitures pour des
stades, permettant de soutenir des
porte-à-faux de 9 mètres et plus,
tout en conservant une épaisseur
n’excédant pas quelques centimètres
comme dans l’hippodrome de
Zarzuela dans la banlieues de Madrid.
Il est intéressant de remarquer que
Fig.95:La courbure donnée
à la feuille mince renforce sa
capacité à maintenir son poids
et à supporter d’autres objets
(Source: Comment ça tient)
83

La structure comme langage architectural
il existe deux types de structure
en coque, développable comme
le cylindre et non développable
comme la demi-sphère parce que
nous pouvons pas déplier sur une
surface en 2D au contraire du
cylindre qui nous donnera un simple
rectangle si nous le déplions, en
général les structures en coque avec
une surface non développable ont
une meilleur résistance, ce qui est
logique parce que il faudra beaucoup
plus d’efforts et de poussées pour
écarter leurs extrémités, Cependant
cela ne signifie pas que les
surfaces développables ne sont pas
suffisamment résistants (lorsqu’elles
sont correctement maintenues)
pour servir d’éléments structuraux.
C’est plus simple d’illustrer cela si
nous glissons une feuille de papier
qui agit comme une plaque, sur une
certaine distance entre deux livres.
Dans ce cas, le papier va se courber,
se plier et glisser entre les pages.
Mais, si le papier est courbé dans
l’autre sens et maintenu par les deux
couvertures des livres, il adoptera
la forme d’un arc (fig.95). Une fois
de plus, la courbure appliquée à la
fine feuille de papier lui attribue une
force et rigidité importante.
A cause de cette diversité de
typologies, Il n’est pas toujours
possible de les simplifier en une
forme de feuille. Prenons des
exemples plus élémentaires de
l’utilisation d’une feuille mince,
comme nous l’avons fait avec le
demi-cylindre. Cela s’explique par le
fait que la plupart des structures
en coque sont constituées de
surfaces non développables, ce qui
signifie qu’il ne sera pas possible
de les aplatir en une surface
Fig.96: Zarzuela hippodrome
par Eduardo Torroja (source :
Building structures)
84

La structure comme langage architectural
bidimensionnelle, prenons un demiballon
orienté vers le bas ; il ne sera
pas possible de l’aplatir sans couper
son bord de plusieurs manières le
long des axes convergents vers son
pôle. C’est en effet la raison pour
laquelle elles sont beaucoup plus
rigides en tant que structure que
les formes développables. Cela peut
s’expliquer par le fait que selon
la forme de leurs courbes, elles
ne représentent presque pas de
contraintes de flexion, et c’est parce
que c’est très difficile de les aplatir
que les déformations seront très
limitées. Cela les rend donc parfaites
comme solutions structurelles pour
les toitures de grande envergure.
Il est important de mentionner
que les structures en coque ne
représentent pas toujours des
courbes orientés vers le bas qui
travaillent en compression comme
le cas des dômes sphériques et
cylindriques mais aussi des courbes
qui sont orientés vers le haut qui,
de ce fait, ne fonctionnent pas en
compression, mais ils sont plutôt
soumis à la traction et ont un
comportement structurel similaire
aux câbles,
La classification géométrique
pertinente dans ce cas est celle qui
se base sur le signe de la courbure
totale (voir la page 45), ce qui nous
mènent aux trois typologies :
- Surfaces courbes dont la courbure
est positive /Les dômes : surfaces
courbes dont la courbure est positive
: en passant par les surfaces les plus
simple comme les dômes sphériques,
ou sous forme d’ellipsoïde,
Paraboloïde de révolution,
paraboloïde elliptique ou encore une
des parties d’hyperboloïde à deux
nappe h1,
- Surfaces courbes dont la
courbure est nulle /Les structures
cylindriques surfaces courbes dont
la courbure est nulle et comprend les
surfaces régulées obtenues par une
extrusion d’un courbe suivant l’axe
perpendiculaire comme le cylindre
de révolution, le cylindre elliptique,
parabolique ou encore hyperbolique
- Surfaces courbes dont la courbure
est négative /Structures de selle :
surfaces courbes dont la courbure
est négative, similaire aux formes
de selle de cheval notamment
le paraboloïde hyperbolique,
hyperboloïde, la surface sinusoïdale
de révolution.
Les trois types de surfaces courbes (source: URL : https://interstices.info, 09/11/2024)
85

La structure comme langage architectural
Dômes : surfaces dont la courbure
est positive
Les dômes sont utilisés depuis
longtemps, généralement dotée
d’une forme de demi-sphère, pour
couvrir de vastes espaces accueillant
des foules, que ce soit pour des
raisons religieuses, culturelles ou
politiques. Ils ont toujours incarné
la majesté, la communion et des
sentiments de fraternité. Leur
symbolisme architectural découle
de leur géométrie. Quel que soit le
matériau utilisé, que ce soit le béton,
le bois ou la brique, les dômes restent
une structure fiable qui permet de
couvrir des grandes portées.
Pour comprendre l’émergence du
dôme sur la scène architecturale,
il est important d’examiner son
comportement structural. En faisant
abstraction des variations mineures
de sa forme au fil de son évolution
historique, considérons-le comme
une demi-sphère parfaitement
réalisée, avec une faible épaisseur
par rapport à sa portée. Qu’il soit
soutenu par des piliers ou qu’il repose
directement sur le sol, le dôme doit
supporter son propre poids, ainsi
que les charges externes y compris
les effets du vent. Dans les climats
froids, il doit également supporter le
poids de la neige. Ces charges sont
canalisées du sommet vers le sol le
long de ses courbes verticales, les
méridiens.
Le dôme peut être perçu comme
une série d’arcs identiques s’élevant
autour d’une base circulaire pour
converger vers leur sommet, où
ils partagent une clef de voûte
commune. Les charges s’accumulent
le long des méridiens verticaux, avec
une compression croissante à mesure
qu’ils se rapprochent du support
du dôme. Dans la partie supérieure,
les parallèles s’opposent aux forces
vers l’extérieur, et génèrent des
contraintes de compression qui
réduisent le rayon. Cependant, dans
la partie inférieure, leur résistance
aux forces vers l’extérieur crée
une tension qui entraine une
augmentation du rayon. Il a été
prouvé que le niveau où commence
la transition entre tension et
compression se trouve dans la section
horizontale qui fait un angle d’environ
52° par rapport l’axe vertical du dôme
(en fonction du coefficient de Poisson
du matériau employé). Ce qui fait
que la plupart des dômes modernes
qui sont construits en béton armé
exigent que les parallèles inférieurs
aient une armature plus importante,
assurant la résistance à la traction
et la cohésion du béton. Malgré les
déformations minimes des dômes,
une ceinture solide à la base les
stabilise en évitant des mouvements
parasites. Cette ceinture engendre
Fig.98:Dôme déformé par des
charges verticales. (Source :
comment ça tient)
Fig.97:Méridiens et parallèles
d’un dôme.
86

La structure comme langage architectural
un changement de courbure qui peut
introduire des contraintes de flexion,
mais celles-ci sont atténuées par les
parallèles qui résistent à la tension.
Ainsi, seulement une petite partie
du dôme, près de son support, subit
des efforts de flexion, tandis que
le reste travaille principalement en
compression et en tension.
La morphologie hémisphérique
du dôme a éliminé le besoin de
contreforts ou d’arcs-boutants,
contrairement aux voûtes, grâce à
son homogénéité monolithique et à
ses sections horizontales de la base
qui fonctionnent comme une ceinture
absorbant les poussées et prévenant
le dôme de se fissurer. Cette rigidité
permet la construction de dômes
plus minces sans compromettre la
stabilité.
En architecture, l’utilisation des
dômes est souvent associée à des
bâtiments monumentaux avec
une grande importance religieuse,
historique et culturelle, comme le
Panthéon à Rome, saint Pierre à
Rome. Leurs formes, bien qu’utilisées
pour des raisons symboliques elle est
le résultat d’une logique structurelle
raisonnable, ce qui fait qu’ils sont
à la fois structure et architecture,
mais pas dans tous les cas, par
exemple dans la cathédrale Saint-
Paul en Angleterre, le dôme n’est
qu’un enveloppe non structurelle
qui cache la structure intérieure
ce qui ne la rend pas très efficace
structurellement, La géométrie des
dômes ne se limite pas seulement
Fig.99:Comparaison entre
les trois dômes : cathédral
de Florence, saint Pierre et
Saint-Paul(Source : Building
structures)
87

La structure comme langage architectural
dans les formes sphériques pures
comme le dôme du Panthéon dont la
pureté géométrique a été cherchée
pour des raisons à la fois symboliques
et structurelles, mais il existe d’autres
formes générées par la rotation
des différents type d’arcs et de
courbes par exemple, la Haigia Sofia
en Istanbul, un bâtiment historique
emblématique de l’architecture
Byzantine qui est caractérisée par
une dôme en forme d‘ellipsoïde,
tandis que la cathédrale de Florence,
la plus grande à l’époque, a une forme
qui résulte d’une rotation d’un arc
brisé.
Grâce à l’utilisation du béton armé et de
la structure métallique, les ingénieurs
et les architectes sont devenu de
plus en plus libres dans la conception
des dômes. La taille des dômes
modernes est beaucoup plus grande
et ils ont des formes géométriques
plus avancées, Des ingénieurs et
architectes tels que Nervi, Candela,
Saarinen et Isler, ont largement
explorés le potentiel des structures
incurvées à travers les possibilités
de béton armée pour construire
des structures architecturales qui
combinent efficacité structurelle
et créativité formelle. Il existe de
nombreux exemples qui manifestent
ce jeu de forme dans les structure en
coques et qui incarnent parfaitement
la convergence entre la structure
et l’architecture. Par exemple, le
Petit Palais des Sports, réalisé par
Annibale Vitellozzi et Pier Luigi Nervi
entre 1956-1957 à Rome, combine
les avantage d’une morphologie
Fig.100:Petit palais des sports,
1956-1957 Rome, Italie par
Annibale Vitellozzi et Pier Luigi
Nervi
88

La structure comme langage architectural
sphérique et les nervures dont les
motifs suivent le chemin logique de
la descente de charge, Le dôme, de
60 mètre de diamètre et de 21m de
hauteur, est soutenu sur les bords par
un cercle de 36 supports inclinés en
forme d’« Y ». Ils sont inclinées d’une
façon tangente avec une poussée
axiale pour éviter les contraintes de
flexion.
Le CNIT, (Centre National des
Industries et des Techniques de Paris)
achevé en 1968, représente un autre
exemple du potentiel exceptionnel
des structures en coque, car il est
considéré comme le plus grand
dôme à portée unique jusqu’à ce jour
réalisé en béton armé. Il se compose
de trois arcs-boutants formant
un triangle équilatéral de 219 m de
côté, convergeant à 46 m au-dessus
du sol. Ce double dôme, réalisé par
Bernard Zehrfuss, Jean Prouvé
et Robert Camelot, a une coque
inférieure et une coque supérieure
de seulement 6,35 cm d’épaisseur,
reliées par des diaphragmes
verticaux. La coque supérieure est
ondulée pour renforcer sa rigidité.
Lors de la construction on a utilisé
des coffrages mobiles en acier
pour la coque intérieure et des
coffrages en aggloméré soutenus
par les diaphragmes pour la coque
extérieure. L’ensemble a été réalisé
en trois étapes successives. La voûte
résultante de trois voûtains génère
d’importantes forces dirigées vers
l’extérieur au niveau de ses points
d’appui angulaires. Ces forces sont
compensées par des tirants qui lient
les trois angles. Cette structure
monumentale couvre une superficie
de plus de 2 hectares, et offre une
aire d’exposition de 90 000 m².
Fig.101:CNIT 1958, La Défense,
Paris, France, par les architectes
: Robert Camelot, Jean de
Mailly, Bernard Zehrfuss, Jean
Prouvé et ingénieurs : Nicolas
Esquillan,Pierre Faessel(Source:
Slideshare, https://www.
slideshare.net, 07/11/2024)
89

La structure comme langage architectural
Toiture cylindrique :
courbure est nulle
La voûte cylindrique est générée
par une translation d’un arc. En
coupant verticalement la moitié
supérieure d'un cylindre dans toutes
les directions, nous observons que
toutes les sections ont une courbure
dirigée vers le bas, à l'exception
de la ligne droite qui suit l'axe du
cylindre (ce qui fait que la courbure
de cylindre est nulle) Nous avons
constaté que les cylindres sont
des surfaces développables et
par conséquent, il est nécessaire
d’utiliser des contreforts pour
maintenir leur forme, cependant
ils peuvent être soutenus par des
tympans raidisseurs ou des arcs
rigides en béton armé ce qui élimine
le besoin coûteux de contreforts ou
de tirants.
Le mode de support d'une coque
cylindrique joue un rôle important
dans le transfert des charges. Si
elle est maintenue tout au long de
ses bords longitudinaux, elle agit
comme une série d'arcs adjacents,
développant des poussées vers
l'extérieur qui doivent être
absorbées par des contreforts ou
des tirants, comme pour n'importe
quel arc. Mais, si elle est maintenue
à ses deux extrémités incurvées,
elle se comporte comme une poutre,
développant des contraintes de
compression au-dessus de l'axe
neutre et de traction en dessous.
Cette forme de couverture a été
largement exploité, d’une part, dans
l’architecture romane au moyen-âge
pour couvrir de longs couloirs vu la
simplicité de manœuvre en utilisant
des matériaux disponibles, et d’autre
part dans la voûte d'arête des
cathédrales gothiques qui résulte de
Fig.103:la coupole midiévale
est constituée de deux demicylindres
perpendiculairs avec
un renforcement des arrêts
avec des nervures en pierre
Fig.102:Gare de Saint-Pancras
1868
90

La structure comme langage architectural
l'intersection à angle droit de deux
voûtes en berceau soutenues par
quatre arcs,
Cela constitue une combinaison
courante de surfaces cylindriques
dont les arrêtes sont renforcées
par des nervures ce qui en fait
une structure autoportante. Cette
forme structurelle a pu jusqu’à
aujourd’hui couvrir des portées
impressionnantes grâce à l’utilisation
des matériaux plus performants
comme le béton armé et l’acier. A titre
d’exemple la Gare de Saint-Pancras
qui a été conçu par l’ingénieur William
Henry Barlow et l’architecte George
Gilbert Scott en 1868 à Londres, a été
considérée la plus grande structure
à portée à l’époque, grâce à sa
charpente en métal en forme qui est
constitué d’une série d’arcs brisé en
treillis de 73 mètres de diamètre sur
une longueur de 210 mètres, Elle a
été conçu de sorte à permettre la
création d’un vaste espace sans
colonnes pour les trains sous la
verrière, ce style industriel qui utilise
des structures légères, dégagées
et lumineuses n’était pas quelque
chose de nouveau, puise que lors de
l’histoire des expositions universelles
de nombreuses constructions de ce
style ont été créées pour célébrer
la prouesse technologique du
19eme siècle, comme c’est le cas
pour Crystal Palace qui été conçu
en 1855 pour la première Exposition
Universelle à Londres, par l’architecte
Joseph Paxton, en collaboration
avec l'ingénieur Charles Fox. Comme
son nom l’indique, il se distingue
par la dominance de verre et de
métal, la forme demi cylindrique de
sa toiture renforce d’avantage la
résistance de la structure qui peut
se montrer vulnérable à cause de la
transparence de ses matériaux, Le
Crystal Palace avait un plan inspiré
Fig.104:Palais de l’Industrie,de
l’exposition universelle à Paris
en 1854
91

La structure comme langage architectural
d’une basilique romaine, avec une
longue nef centrale et un transept
en forme de voûte en berceau,
cette lecture architecturale est
facilitée par la structure apparente
qui dévoile les traits architecturaux
du bâtiment, chose qui a été
controversé à l’époque mais il n’a
pas cessé d’inspirer l’architecture,
comme c’est le cas du Palais de
l'Industrie qui a été réalisé en 1854,
pour l'Exposition Universelle de
1855 à Paris par l'architecte Jean-
Marie Victor Viel et les ingénieurs
Alexis Barrault et Georges Bridel, Sa
conception est née d’une rivalité
avec la création londonienne pour
réaliser un monument emblématique
de l’innovation, de la transparence
et de la grandeur possédant trois
nefs métalliques d’une forme semicylindrique
et d’une portée de
48 mètres. Cependant il a attiré
beaucoup des critiques de la part des
visiteurs frappés par sa façade en
pierre massive qui marque l’entrée
et crée un contraste choquant avec
la légèreté de la structure qu’elle la
cache,
Il est impossible de citer toutes les
références pour cette typologie mais
il est intéressant de remarquer le
nombre infini des possibilités qu’elle
offre en fonction des matériaux et
de la forme de la courbe employée,
comme en témoigne les Hangars
d'Orly construits entre 1921-1923
par l’ingénieur Eugène Freyssinet
renommé pour son invention du
béton précontraint. La conception
des hangars possède une valeur
technique et esthétique remarquable
grâce à sa structure qui repose dur
une série de 40 arches paraboliques
en béton avec 86metres de portées
et une épaisseur de seulement de 9
cm à la clé,
Fig.105:Hangars d’Orly 1921-
1923
92

La structure comme langage architectural
Toiture en selle :
La courbure est négative
Les surfaces en forme de selle se
caractérisent par une variation
de l’orientation des courbures par
exemple, la courbure latérale de la
selle de cheval est dirigée vers le bas,
tandis que celle le long de la colonne
vertébrale est orientée vers le
haut,(voir la définition de la courbure
négative) Ces surfaces, bien qu’elles
soient peu utilisées en architecture,
représentent une structure
exceptionnellement efficace vue leur
nature non développable, ce qui les
rend idéales pour la construction de
toitures.
Nous sommes beaucoup plus
familiers avec ce type de surfaces
que le nous pensons, les tours
de refroidissement par exemples
sont constituées d’une forme
hyperboloïde à une nappe qui est
une surface de selle avec une
courbure négative, Pour la visualiser
il est suffisant de relier les points
de deux cercles égaux reliés par des
segments de droite inclinés.
Un autre exemple habituel est la
toiture paraboloïde hyperbolique
qui peut être élaborée de manière
similaire en élevant un coin d’un
rectangle et en connectant les
points correspondants par des fils
tendus, cette surface présente
une courbure ascendante le long
de la ligne qui relie le coin relevé
à son point opposé en diagonale,
ainsi qu’une courbure descendante
dans la direction de la ligne qui relie
les deux autres coins. pour créer
une toiture simple en paraboloïde
hyperbolique. Il suffit d’incliner la
selle et de la soutenir sur deux de ses
angles opposés pour créer une forme
de papillon sur le point de s’envoler,
Fig.106:tours de refroidissement.
Fig.107:Halle de ciment de
l’Exposition nationale suisse de
1939 par Maillart
93

La structure comme langage architectural
le comportement structurel de ces
surfaces est influencé par leurs
courbures, ce qui entraîne un effet
d’arc en compression le long des
parties incurvées vers le bas et un
effet de câble en tension le long
des parties incurvées vers le haut.
Les points de support doivent être
renforcés pour résister à l’effet
d’arc, tandis que l’effet de câble
en traction est compensé par des
barres d’armature en cas de toit en
béton. Malgré son apparence fine, le
paraboloïde hyperbolique est très
efficace car il nécessite seulement
quelques centimètres de béton pour
couvrir de vastes surfaces. Cette
forme structurelle intéresse à la
fois les ingénieurs et les architecte
grâce à sa forme particulière et à ses
propriété structurelle intéressantes
; d’une part elle prévient le
flambement grâce à l’effet de
câble à angle droit et d’autre part,
sous une charge uniforme, elle
développe la même contrainte de
traction et de compression partout,
indépendamment du matériau utilisé.
D’où la prédilection particulière
des architectes et ingénieurs pour
cette forme afin de concevoir
des architectures modernes qui
sortent du lot, l’un des exemples
expressif est la Halle de ciment de
l’Exposition nationale suisse de 1939
qui est le fruit d’une collaboration
entre le fameux ingénieur Robert
Maillart avec Hans Leuzinger avec
une portée de 21m et hauteur de
15m. L’architecte Mexicain Felix
Candela, le précurseur d’une vaste
exploration des structures en coque,
a démontré une co-existence entre
la géométrie structurelle et le geste
architectural à travers des créations
remarquables comme le Restaurant
Los Manantiales en 1958.
L’une des démonstrations populaires
Fig.108:la géometrie de la
toiture du restaurant Los Manantiales
Fig.109:le Restaurant Los
Manantiales 1958. Par Felix
Candela
94

La structure comme langage architectural
de paraboloïdes hyperboliques
rectangulaires est la couverture
en ombrelle. Composée de
quatre éléments rectangulaires
paraboloïdes hyperboliques qui
reposent sur quatre supports elle
manifeste une élégance unique avec
un angle abaissé sur chaque élément.
Ces composants sont assemblés en
joignant les côtés inclinés pour créer
une bordure rectangulaire qui cache
les tirants et donne l’impression
d’un parapluie flottant dans l’air. Les
formes en ombrelle de ce type ont
été utilisé de plusieurs manière en
architecture à savoir la toiture du
terminal de l’aéroport de Newark qui
couvre une surface de 730 m².
Ces toitures portent une valeur
architecturale phénoménale vue
leur fluidité visuelle et l’impression
de flotter, toutefois elles sont
malheureusement peu utilisées
principalement en raison de trois
facteurs. premièrement, il est
faussement perçu que les plans
des surfaces courbes sont plus
difficiles à réaliser que ceux des
surfaces plates. deuxièmement, un
écart existe entre la théorie des
structures courbes récentes et les
réglementations en vigueur, ce qui
entraîne des restrictions inutiles ;
et troisièmement, le rapport travail/
coût du matériau rend souvent ces
toitures courbes non compétitives
par rapport à d’autres types de
construction.
Fig.110: Toiture en ambrella
Fig.111:Toit de la gare d’Ochota
(1960). (Source Wikipedia,
URL: https://fr.wikipedia.org,
15/10/2024)
95

La structure comme langage architectural
Structure tendue
Contrairement aux autres éléments
de structure, les câbles sont
tellement souples qu’ils ne peuvent
résister ni à la compression ni à la
flexion. Leur capacité de résistance se
limite à la traction en restant tendus
entre les charges suspendues. Ils
ont été initialement fabriquées à
partir de fibres végétales nouées
entre elles, ils étaient exploités dans
diverses domaines, notamment le
déplacement de charges lourdes,
la construction des premiers ponts
suspendus ainsi que dans la marine
qui a été le principal utilisateur de
cordages.
À cause de leur flexibilité, leur forme
change en fonction de la distribution
des poids et des charges, à titre
de démonstration, si un poids est
suspendu à une corde maintenue
entre deux mains, la corde adopte
une forme triangulaire avec deux
côtés droits convergents vers le
point de suspension. Si le nous
suspendons deux poids distincts,
la configuration de la corde change,
cette fois avec trois segments
droits. En cas de suspension de
plusieurs poids, les segments droits
forment presque une courbe comme
dans une chaînette en métal, cette
forme est appelé le polygone ou la
courbe funiculaire, qui par ailleurs
comme nous en avons déjà parlé
fonctionne uniquement en tension
à l’inverse d’un arc rigide chargé
qui lui fonctionne uniquement en
compression.
Toutefois la flexibilité des câbles
manifeste un véritable inconvénient
car ils ne résistent pas aux
efforts latéraux comme le vent,
et donc présentent le dangereux
phénomène de résonance, et par
ailleurs ils changent constamment
de forme en fonction des variations
des charges. Pour cette raison,
les câbles nécessitent toujours
des ajustements continus en les
renforçant avec des poutres ou des
barres d'armature, ou encore avec
d’autres câbles qui les tendent dans
le sens opposé afin de maintenir leur
forme,
Une structure tendue peut être
définie comme une structure dans
laquelle un câble ou un système de
câbles est utilisé comme élément
structurel précontraint et porteur
de charge principale. Ce type de
structure est employé pour les
ponts, les toitures et les façades
suspendues, ce qui est courant pour
les constructions de grande portée.
Même si les structures à câbles en
acier ont connu un succès important,
leur développement est limité en
raison de leur poids et du problème
de la corrosion métallique. En
conséquence, les ingénieurs se sont
appliqués à trouver de nouveaux
matériaux à haute performance
pour remplacer les câbles en acier.
Le polymère renforcé de fibres de
carbone (PRFC) est un matériau
composite non métallique avancé
qui offre plusieurs avantages par
rapport à l'acier, notamment une
Fig.112:polygone funiculaire
(source : comment ça tient)
96

La structure comme langage architectural
résistance accrue, un poids plus
léger, une résistance à la corrosion,
un coefficient d'expansion linéaire
inférieur, et la possibilité de moduler
le module d'élasticité.
Les structures en câbles sont
souvent aperçues comme des
éléments qui sont uniquement
dédiés aux ponts et aux grands
ouvrages d’infrastructure, en
revanche, plusieurs architectes
l’ont intégré comme éléments
architecturaux et structuraux, Pier
Luigi nervi, par exemple, a eu l’idée
innovante d’appliquer le principe
du pont suspendu pour couvrir une
usine de papier à Mantoue, en Italie,
avec une portée de 250 mètres de
long sur 30 mètres de large où les
tours inclinées sont soutenues par
de petits arcs-boutants en béton. En
collaboration avec l'ingénieur Covre,
Nervi a réussi à réaliser l'une des
plus grandes toitures au monde, tout
en assurant une économie de coûts
et une esthétique exceptionnelle.
Le même concept de pont suspendu
en porte-à-faux a été appliqué à la
construction des hangars d'avions,
comme l'aéroport j. F. Kennedy à new
York, avec une toiture elliptique et
un porte-à-faux d'environ 45 mètres,
soutenu par des câbles. ,
Le bâtiment de la Fédéral Reserve
Bank à Minneapolis été érigé en
1970 représente un autre exemple
de l’incorporation du câble dans
l’architecture, l’architecte Gunnar
Birkett et l’ingénieur Cass Gilbert ont
suivi la logique des ponts suspendus,
les deux grandes tours ont la même
fonction que les pylônes des ponts,
et transmettent verticalement les
charges sont transmises du haut en
bas par les câbles porteurs.
L'architecte finlandais Eero Saarinen
quant à lui, a exploité les câbles
non seulement pour une raison
Fig.113:usine de papier à
Mantoue, en Italie, 1963, Pier
luigi nervi (source : Comment
ça tient)
Fig.114:Le bâtiment de Minneapolis
Fédéral Reserve Bank
1970 (source: Building structures)
Fig.115:Aéroport international
de Washington inauguré en
1962
97

La structure comme langage architectural
structurelle mais aussi pour
déterminer la forme de la toiture
qu’ils supportent dans la conception
de l’aéroport international de
Washington qui a été inauguré en
1962 en collaborant avec le cabinet
d'ingénierie civile Ammann et
Whitney, Sa conception s’inspire des
mouvements de vol et relève le défi
de créer une entrée articulée pour se
démarquer de la structure moderne
et répétitive, et pour garantir un
accès fluide au bâtiment, que ce
soit en voiture, à pied ou encore
une fois à pied après être entré. Ce
système structurel a été choisi dans
le but de garantir un plan libre de
poteaux et une circulation flexible et
intermodale.
Dans ce cas, une série de câbles
parallèles soutiennent la toiture en
les reliant à une série de pylônes
inclinés en béton armé, ce qui offre
une impression de légèreté et crée
un espace ouvert et dégagé. De
plus, la forme courbée de la toiture
dessine un geste architectural fluide
orienté vers le ciel pour évoquer le
mouvement des avions.
La raison derrière la conception de
la structure suspendue de l'Usine
de Microprocesseurs INMOS, conçu
par l’architecte Richard Rogers en
collaboration avec l’ingénieur Tony
Hunt, est comme toujours d’assurer
des grands espaces opérationnels
ouverts, sans colonnes et flexibles,
ce qui est universellement achevé
par la mise en place d’une colonne
vertébrale de circulation centrale
et un espace de réunion central au
cœur.
Vue la nature accélérée du projet, la
conception devait être ajustable et
adaptable à divers emplacements et
à diverses dimensions. Le bâtiment,
implanté à Newport comprend des
espaces de bureau, des installations
Fig.116:l’Usine de Microprocesseurs
INMOS,par Richard
Roger, 1982, (Source: URL
https://deborah-kempf.tumblr.
com, 15/10/2024)
98

La structure comme langage architectural
annexes et des équipements pour
la fabrication de microprocesseurs,
avec une superficie totale de 8 900
m2.
La structure en acier, d'un seul
niveau, a été pensée comme un
ensemble modulaire qui permet
un maximum de préfabrication en
dehors du site. Elle est composée
de tubes d'acier sous tension, est
soutenue par des tiges de tension
fixées aux tours centrales pour
garantir des espaces intérieurs
sans colonnes avec une flexibilité
optimale. Le bâtiment est organisé
autour d'une colonne vertébrale
centrale de circulation et de services,
avec des extensions spécialisées
sur les côtés. Cette colonne, large
de 7,2 mètres et longue de 106
mètres, et agit comme une rue
intérieure, suffisamment spacieuse
pour accueillir des distributeurs, des
téléphones publics, des espaces de
repos, des points de rencontre, des
zones végétalisées et des espaces
d'attente. Les services, tels que l'eau
chaude et froide, l'eau réfrigérée, l'air
comprimé, circulent en hauteur dans
cette colonne principale ce qui en fait
un bon exemple d’une architecture
high-tech
Le bâtiment peut être étendu le long
de cette colonne en modules de 13 x
36 mètres.
Au niveau de l’architecture, la
structure impose une lecture ancré
qui se distingue d’une centralité,
une symétrie et un contraste
remarquable entre l’élément
structurel principal qui tient debout
au centre et l’horizontalité du reste
du bâtiment intégré dans le paysage,
les câbles diagonale attaché d’une
manière symétrique aux deux côtés
de la toiture, vient pour atténuer ce
contraste et insérer l’équilibre visuel.
Le siège social de Baxter est un autre
exemple de bâtiment qui utilise le
même système de structure, il a été
inauguré en 2010 à Braine-l’Alleud,
Belgique, conçu par le cabinet
d’architectes Group Sigma. Ce centre
de recherche et développement
de 15 800 m² comprend deux
bâtiments interconnectés et inclut
6 250 m² dédiés aux laboratoires, des
espaces de bureaux, un entrepôt
et des chambres climatiques
pour le stockage d’échantillons, la
conception de sa structure est à
l’origine d’une recherche des espaces
adaptés aux besoins modernes des
employés avec une combinaison
de bureaux ouverts et fermés qui
favorise une atmosphère de travail
flexible et ajustable.
Le siège de BMW, qui est considéré
comme un repère urbain iconique
de Munich, a été conçu comme
une réalisation majeure dans
l'histoire de l'architecture par
l'architecte Karl Schwanzer en 1972,
ce projet visionnaire est devenu
une caractéristique indissociable
du paysage urbain de la ville et de
l'identité de l'entreprise.
Comme le décrit Dr. Andreas Braun,
conservateur du Musée BMW, en
se tenant juste devant le siège de
Le siège social de Baxter,
par SOM (Source: Som.
com, URL: https://www.
som.com, 07/11.2024)
99

La structure comme langage architectural
l'entreprise 1 :
« Ce n'est pas une architecture traditionnelle.
C'est de la construction industrielle,
de la construction d’ingénierie.
On n'utilise pas de briques empilées
comme on le faisait il y a des siècles. Le
bâtiment mesure 99,5 mètres de haut.
"Nous avons une curieuse loi à Munich
qui stipule que notre cathédrale principale,
un magnifique édifice gothique,
mesure 90,8 mètres de haut et qu'aucun
autre bâtiment ne peut dépasser
cette hauteur",
Cette valeur exceptionnelle
qu’a gagné ce bâtiment dès sa
construction ne vient pas de nul part
,
Plutôt que de reposer sur des
fondations traditionnelles, le
bâtiment a été conçu pour être
suspendu à partir d'une structure
en acier cruciforme située sur
le toit. Ce type de construction
suspendue n’était pas courant
dans le monde à cette époque , et
aucun n'avait atteint la hauteur
prévue par Schwanzer. Du point
de vue de la construction, cela
1 Site web BMW
impliquait que les étages supérieurs
du bâtiment situés à près de 100
mètres de hauteur étaient achevés
en premier, contrairement à une
construction conventionnelle. Les
quatre éléments cylindriques ont été
initialement construits au niveau du
sol, puis soulevés hydrauliquement
et complétés en plusieurs segments.
Chaque cylindre était suspendu
à l'aide de quatre bras de grues
géantes disposées en croix autour
du noyau central du bâtiment, Les
forces principales de traction et de
compression étaient absorbées par
des poutres en treillis en béton armé
situées sur une mezzanine dans le
tiers supérieur du bâtiment, ainsi
que par des tirants verticaux et des
colonnes de compression le long des
façades extérieures, pour assurer
la stabilité globale de la structure.
Cette méthode de conception et de
construction a conféré à la Tour BMW
une silhouette légère et distinctive,
Le Westcoast Building est un autre
exemple dont la structure se base
Fig.117:Le siège de BMW ,par
l’architecte Karl Schwanzer(-
Source: tumblr URL: https://
www. tumblr.com, 07/11/2024)
100

La structure comme langage architectural
sur le même principe, conçu en 1969
initialement pour les bureaux de
weastcoast, il est composé de 15
étages dont 13 ont été construit
de haut en bas en les attachant
avec des câbles porteurs qui les
soutiennent et les connectent avec
un noyau central.
Cette conception illustre
parfaitement l’utilisation de la
structure suspendue dans les
bâtiments de grande hauteur qui
ont une conception antisismique,
Cela preuve encore une fois que la
structure suspendue possède des
potentiels incontournables dans
l’architecture.
Les structures en câble offrent une
variété de systèmes structurels.
Les câbles peuvent être chargés
pour supporter des charges, comme
nous l'avons vu avec les structures
suspendues qui se sont développées
dans le domaine du bâtiment, en
s'inspirant de la conception de s
ponts pour assurer des plans sans
colonnes et donc une grande liberté
architecturale.
Il existe d'autres façons d'intégrer
les câbles dans les structures
tendues en utilisant un réseau de
câbles qui supporte généralement
des matériaux légers, comme dans
les tentes et les pavillons.
À titre d’exemple, Le Millennium
Dôme qui a été inauguré en 1999
pour célébrer le passage au nouveau
millénaire, par l’architecte Richard
Rogers en collaboration avec
l’ingénieur Buro Happold. C’est la plus
grande structure en forme de dôme
au monde grâce à sa structure en
toile tendue avec un diamètre de 365
mètres et une hauteur de 52 mètres.
Les câbles du toit sont soutenus
par douze mâts en acier de 100
mètres de hauteur, ce qui a été
interprété par la symbolisation de
12 mois de l’année. Les câbles en
acier sur la toiture sont organisés
d’une maniéré radiale autour du
dôme qui est constitué de toile en
PTFE, un matériau translucide qui
permet à la lumière naturelle de
pénétrer à l’intérieur ce qui réduit
la consommation d’énergie. Cette
conception a également permis
une ventilation naturelle, avec
des ouvertures au sommet pour
permettre à l’air chaud de s’échapper,
tout en faisant entrer de l’air frais.
Ce type de structure représente
plusieurs avantages à savoir la
légèreté , la rapidité et la flexibilité
pour s’adapter aux futures
utilisations
Fig.118:Coupe du bâtiment
Weastcoast (Source : Pinterest)
Fig.119:Le dôme Millennium,
2000,par l’architect Richard Roger,
et l’ingénieur Buro Happold
(Source: Wikipedia, https://
fr.wikipedia.org, 16/10/2024)
101

La structure comme langage architectural
Structure combinée :
Tenségrité
La tenségrité, ou intégrité en tension,
est un principe structurel qui repose
sur un système de composants en
compression qui flottent à l'intérieur
d'un réseau en tension continue. Les
éléments comprimés, généralement
des barres ou des entretoises, ne
se touchent pas, tandis que les
éléments précontraints, en tension,
comme des câbles ou des tendons,
délimitent spatialement le système.
Le terme "tenségrité" a été introduit
par R. Buckminster Fuller dans les
années 1960, en combinant les
mots "tension & intégrity", qui
signifie "intégrité en tension".
Le concept de "compression
flottante" a été popularisé par
l'artiste constructiviste Kenneth
Snelson. Plus tard il sera intégré
dans l’architecture, mais aussi
dans d’autres domaines comme la
mécanique et la biologie et dans le
design d’intérieur, nous avons le voir
en détail dans le chapitre «structure
dans la nature,»
La passerelle piétonne et cyclable
Kurilpa Bridge traverse le fleuve
Brisbane à Brisbane, dans le
Queensland, en Australie. Elle est
un exemple vif de l’exploitation du
principe de tensigrité, ce qui lui a
donne une expression abstraite,
une discontinuité visuelle et une
impression flottante, ce pendant
celle-ci peut être perçue comme
une impression d’insécurité par
rapport à sa stabilité ce qui soulève
des controverses par rapport à
l’intégration de ces structures dans
des espaces publics.
Fig.120:La passerelle piétonne
et cyclable Kurilpa Bridge, 2009
(Source: https://structurae.net/
fr, 16/10/2024)
102

La structure comme langage architectural
Chapitre IV.Structure et matériaux
Les formes adoptées par les
éléments structurels sont
profondément influencées par les
caractéristiques des matériaux dont
ils sont constitués.
Les propriétés physiques des
matériaux définissent les types
de forces internes qu'ils peuvent
supporter, ce qui détermine
les éléments avec lesquels ils
sont compatibles. Par exemple,
la maçonnerie non armée ne
convient qu'aux situations avec
des contraintes de compression. Le
béton armé, lui, se comporte bien
sous des charges de compression
ou de flexion, mais moins bien
sous tension axiale. Les méthodes
de fabrication des matériaux et
leur transformation en éléments
structuraux s’impliquent aussi
dans la détermination des
formes appropriées. Ces aspects
de l'influence des propriétés
des matériaux sur la géométrie
structurelle sont étudiés en relation
avec les quatre matériaux les
plus couramment utilisés dans la
construction : la maçonnerie, le bois,
La maçonnerie
La maçonnerie est un matériau
composite dans lequel des pierres,
des briques ou des blocs individuels
sont placés dans du mortier pour
former des colonnes, des murs, des
arches ou des voûtes. La gamme des
différents types de maçonnerie est
très large due à la diversité des types
de constituants. Les briques peuvent
être en argile cuite, en terre cuite,
en béton, ou de matériaux similaires,
et les blocs, qui ne sont que des
briques plus grandes, peuvent être
composés de manière identique. La
pierre, elle aussi, n'est pas un seul
matériau mais une série substances
à savoir les roches sédimentaires
relativement tendres, le calcaire, les
granites très durs et autres roches
ignées. Ces matériaux peuvent
être utilisés en association avec
une variété de mortiers différents
pour former une palette de choix
de maçonnerie qui ont certaines
propriétés en commun et produisent
donc des éléments structuraux de
même famille. D'autres matériaux
l'acier et le béton armé.
103

La structure comme langage architectural
tels que la boue séchée, le pisé ou
même le béton non armé ont des
propriétés analogues et peuvent
être utilisés pour des éléments
similaires. Les propriétés physiques
communes à ces matériaux sont la
résistance à la compression modérée
et une très faible résistance à la
traction ce qui limite l'utilisation de
la maçonnerie aux éléments dans
lesquels la force interne principale
est compressive. Par conséquent,
dans les structures, il est normal
que uniquement les éléments
verticaux soient en maçonnerie. Des
exceptions notables sont les temples
grecs, mais dans ceux-ci, les portées
des éléments horizontaux en pierre
sont maintenues courtes par la
subdivision de l'espace intérieur par
des rangées de piliers ou de murs.
Malgré cela, la plupart des éléments
qui s'étendent horizontalement sont
en fait en bois.
Alors, lorsqu’il y a besoin de couvrir
une grande portée horizontale en
maçonnerie, on opte pour des formes
actives sous compression comme
l’arc et les voûtes. Les éléments
verticaux comme les murs et les
colonnes construits en maçonnerie
sont souvent très épais afin de
renforcer leur moment d’inertie et
éviter les contraintes de flexion, ce
qui se traduit par des volumes de
maçonnerie énormément grands
sauf en cas d’adoption des formes
structurellement améliorées, Les
versions traditionnelles de cette
approche peuvent inclure les murs
de contrefort, présents notamment
dans les cathédrales gothiques
médiévales et dans dans tous ces
exemples, le volume de maçonnerie
est marginal par rapport à
l'épaisseur totale du mur. Les murs à
Fig.121:La muraille Servienne
est une enceinte défensive
élevée à partir du VIe siècle av.
J.-C. autour des sept collines
de Rome et protégeant la ville
antique. (Source: Wikipédia)
104

La structure comme langage architectural
diaphragme des bâtiments modernes
de grande hauteur représentent
une adaptation contemporaine.
Dans ces structures modernes, les
moments de flexion dans les murs
sont principalement causés par la
pression du vent plutôt que par les
poussées latérales des structures
de toit. Le volume de matériau dans
une structure de maçonnerie reste
généralement important, ce qui
donne lieu à des murs et des voûtes
qui se comportent comme des
barrières thermiques, acoustiques et
étanches aux intempéries. Le fait que
ces structures soient composées
de petites unités de base rend leur
construction relativement simple,
Le seul inconvénient significatif
de la maçonnerie en termes de
construction est que les structures à
portée horizontale telles que les arcs
et les voûtes nécessitent un soutien
temporaire jusqu'à ce qu'elles soient
achevées.
Ce type de matériaux constitue
jusqu’à aujourd’hui un choix
favorable dans la construction vu
sa durabilité, la possibilité de le
laisser exposé à la fois à l'intérieur
et à l'extérieur des bâtiments, et sa
disponibilité localement sous une
forme ou une autre, ce qui élimine
le besoin d'être transportés sur
de longues distances. Autrement
dit, la maçonnerie est un matériau
respectueux de l'environnement
dont l'utilisation devrait augmenter à
l'avenir.
Fig.122:Voûte en maçonnerie
conçue par un groupe d’architecte
et ingénieur à Venice
Biennale (photos : Nigel Young
and the Norman Foster Foundation)
105

La structure comme langage architectural
Le bois
Le bois a toujours été un matériau
de construction préféré depuis les
temps les plus anciens grâce à ses
propriétés uniques qui offrent à
la fois une résistance à la traction
et à la compression, ce qui le rend
adapté à divers types de charges,
y compris la compression axiale,
la tension axiale et les charges
de flexion. Son utilisation la plus
courante dans l'architecture se
retrouve dans la construction de
la charpente structurelle, ainsi
que les planchers et les toits des
structures en maçonnerie porteuse.
On retrouve une grande variété
d'éléments construits en bois, allant
des poutres et solives traditionnelles
aux cadres squelettiques, fermes,
et même des structures plus
complexes comme les arcs et les
coquilles. L'origine organique du bois
affecte ses propriétés physiques.
Les parties de l'arbre utilisées pour
le bois de construction, telles que le
bois de cœur et l'aubier, possèdent
des propriétés structurelles
solides héritées de leur fonction
dans l'arbre vivant. Sa composition
fibreuse composée de longues
cellules alignées parallèlement au
tronc de l'arbre lui attribue une
grande résistance, tandis que sa
faible densité est due à la légèreté
de ses éléments constitutifs.
Cela représente un avantage, car
elle permet de créer des sections
transversales d'éléments optimisées
pour la résistance structurelle.
En revanche, le bois manifeste
également des limites, entre outre, en
termes de résistance au cisaillement
et de capacité à maintenir des
assemblages mécaniques. Ces
défis ont été en partie résolus par
l'utilisation de colles structurelles,
même si la préparation minutieuse
des surfaces et des conditions de
collage contrôlées et strictes pour
assurer une liaison solide. De plus, le
bois est sensible à l’humidité, ce qui
peut engendrer des changements
dimensionnels ce qui peut créer un
décalage par rapport aux serrures
et aux joints au fil du temps.
Malgré ces défis, le bois reste un
matériau de construction durable,
polyvalent, écologique et a une
valeur esthétique charmante. Ce
qui encourage de plus en plus son
intégration dans l’architecture
malgré la présence d’autre matériaux
dont les propriétés structurelles
sont plus favorisées comme l’acier,
Fig.123:Le siège social de
Liander Westpoort a été conçu
par De Zwarte Hond. (La photo
est de Jaques Tillmans.source
Dezeen)
106

La structure comme langage architectural
Acier
L’utilisation de l’acier comme
matériau structurel principal
remonte à la fin du XIXe siècle,
lorsque des méthodes bon marché
de fabrication à grande échelle ont
été développées. C’est un matériau
qui possède de bonnes propriétés
structurelles. Il a une résistance
considérable et similaire en tension
et en compression, par conséquent
il convient à tous les types des
éléments structuraux. Il résistera à
la tension axiale, à la compression
axiale et aux charges de type flexion
avec presque la même facilité. Sa
densité est élevée, mais le rapport
résistance/poids est également
élevé ce qui fait l que l’emploi de
composants en acier ne soit pas
excessivement pénalisant par
rapport à leur capacité de charge,
tant que des formes structurelles
sont utilisées intelligemment pour
assurer une utilisation efficace du
matériau.
Par conséquent, là où des charges de
flexion sont appliqués, il est essentiel
d’adopter des sections transversales
« améliorées » et des profils
longitudinaux. La grande résistance
et la densité élevée de l’acier
favorisent son exploitation dans les
structures de type ossature dans
lesquelles le volume de la structure
est faible par rapport au volume total
du bâtiment soutenu, cependant
une série limitée de formats de type
dalle est également utilisée comme
par exemple le tablier de plancher
dans lequel un tablier en acier profilé
est utilisé en conjonction avec du
béton, ou exceptionnellement du
bois, pour former une structure
mixte. Ces éléments ont des
sections transversales ondulées «
améliorées » pour garantir un bon
niveau d’efficacité (augmentation de
l’inertie). Les formes des éléments
en acier sont fortement influencées
par le processus utilisé pour les
former. La plupart sont façonnés
Fig.124:Médiathèque conçue
par l’architecte Toyo Ito en
1997 ,structure métallique,
(source :pensée constructive
d’un architecte)
107

La structure comme langage architectural
soit par laminage à chaud, soit par
fabrication à froid. Le laminage
à chaud est un processus de
fabrication primaire dans lequel des
billettes d’acier rouge vif massives
sont laminées entre plusieurs
ensembles de rouleaux profilés.
La gamme de formes de section
transversale produites est très large
et chacune nécessite son propre
ensemble de rouleaux de finition.
Les éléments destinés à un usage
structurel ont des formes dans
lesquelles le moment d’inertie est
élevé par rapport à la surface totale.
Les formes de section transversale I
et H sont courantes pour les grands
éléments qui forment les poutres
et les colonnes des ossatures
structurales. Les formes en un canal
et les cornières conviennent aux
éléments plus petits tels que les
supports de bardage secondaires
et les sous-éléments dans les
ossatures triangulées. Les détails
des dimensions et des propriétés
géométriques de toutes les
sections standard sont répertoriés
dans des tables de propriétés de
section produites par les fabricants
de structures en acier. L’autre
méthode par laquelle de grandes
quantités d’éléments en acier sont
fabriquées est le formage à froid.
Dans ce processus, des feuilles
minces et plates d’acier, qui ont
été produites par le processus de
laminage à chaud, sont pliées ou
cintrées à froid pour former des
sections transversales structurales.
Les éléments qui en résultent ont
des caractéristiques similaires aux
sections laminées à chaud, en ce
sens qu’ils sont parallèles avec des
sections transversales constantes,
mais l’épaisseur du métal est
beaucoup moins importante, de sorte
qu’ils sont à la fois beaucoup plus
légers et, bien sûr, ont une capacité
de charge inférieure. Le processus
permet cependant d’obtenir des
formes de section transversale plus
compliquées.
Fig.125:Maquette digitale de
la structure métallique de la
médiathèque
108

La structure comme langage architectural
Béton
Le béton est composé d'un mélange
de fragments de pierre (agrégats)
de sable et de ciment, il peut être
considéré comme une forme de
maçonnerie artificielle à cause de ses
propriétés comparable à celles de la
pierre et de la brique (densité élevée,
résistance à la compression modérée,
faible résistance à la traction). Sa
formation consiste à mélanger du
ciment sec, du sable et des agrégats
dans des proportions bien définies,
puis à ajouter de l'eau, ce qui lance
son durcissement pour former une
substance aux qualités identique
à celles de la pierre. Le béton
non armé partage des propriétés
communes avec la maçonnerie, ce
qui limite son utilisation aux mêmes
contraintes que celles mentionnées
précédemment. Les première
structures en béton remontent à
l'antiquité romaine où on utilise un
type de roche volcanique, ce qui lui
donnait des propriétés structurelles
robustes même sans armatures.
L'avantage fondamental du béton
par rapport à la pierre est sa capacité
à être coulé dans un état liquide, ce
qui offre trois avantages importants.
D’abord, cela permet l'intégration
facile d'autres matériaux pour
améliorer ses propriétés, notamment
l'acier sous forme de barres de
renforcement fines pour donner
au béton armé une résistance à la
traction et à la flexion, en suite, sa
malléabilité permet une multitude de
formes, et finalement, le processus
de coulée facilite la mise en œuvre
des connexions efficaces entre
les éléments ce qui renforce la
continuité structurelle. Le béton
armé, grâce à sa résistance à la
traction, convient à tous les types
d'éléments structurels, y compris
ceux soumis à des charges de flexion.
Même si le béton peut prendre des
formes complexes, elles sont peu
utilisées et la plupart des structures
en béton armé adoptent des
configurations poteaux-poutres avec
des éléments de section transversale
rectangulaire ou circulaire, soutenant
des dalles planes. Nous avons vu que
ces structures sont relativement
inefficaces pour de longues portées
mais cela reste la disposition la plus
utilisées à cause des contraintes de
coût .
Fig.126:Structure en béton
d’une forme spirale (source :
designboom)
109

La structure comme langage architectural
Chapitre V. La structure dans
nature : harmonie entre forces et
formes
La nature ne cesse de nous fasciner
par sa beauté, ses sons mélodiques
et ses odeurs enivrantes. Cependant,
ce qui suscite un intérêt plus profond
est la fonctionnalité cachée derrière
chaque belle forme. Chaque nuance
semble minutieusement agencée
pour accomplir un objectif pour
démontrer une alliance harmonieuse
entre la beauté et la fonctionnalité,
comme l’a expliqué le philosophe
grec il y a des siècles :
« La nature ne fait rien en vain ».
Par exemple, en contemplant un
champ de fleurs dans le vent, nous
sommes souvent captivés par les
couleurs variées, les belles formes
et les parfums distincts. Cependant,
en examinant plus profondément,
il devient intéressant d’observer
comment ces fleurs et herbes
oscillent dans le vent sans se
briser, en reprenant leur forme
initiale dès que le vent s’arrête
grâce à leur flexibilité, ce qui est à
l’origine de leur forme. Lorsque nous
comprenons comment la nature
développe une forme spécifique
pour s’adapter à un environnement
particulier nous pouvons percevoir
clairement comment la forme et la
fonctionnalité sont naturellement
liée.
«Va prendre tes leçons dans la nature,
c’est là qu’est notre futur» -Léonard de
la
Vinci-
C’est comme ça que la nature nous
enseigne des leçons inestimables,
en explorant les lois qui régissent
les formes et les sensations, ce qui
nous permet d’approcher la beauté
fonctionnelle de la nature. Les
principes fondamentaux qui guident
le développement des formes
naturelles ont depuis longtemps
poussé les architectes à appréhender
les lois de la proportion, de la
courbure,de la forme et du volume.
Simultanément, les ingénieurs ont
étudié la mécanique des matériaux,
la stabilité et le mouvement en
intégrant les principes de l’efficacité
qui expriment la logique derrière les
créations naturelles. Cependant,
cette approche a été théorisée
que depuis les années 1980, sous le
courant intitulé le biomimétisme 1 .
Dans ce chapitre, nous essayons
de tirer des leçons de ce courant et
à examiner comment l’inspiration
des mécanismes structurels de
la nature se manifeste dans des
formes esthétiquement attrayantes
en distribuant la matière de manière
optimale et en exploitant des
systèmes plus efficaces. Cela enrichit
non seulement l’architecture et la
structure, mais plus précisément
l’architecture à travers la structure.
1 Biomimétisme, ce terme est inventé par
le biophysicien Otto Herbert Schmitt, est composé
de « bio » du grec « bios » qui signifie « vie » et
de « mimétique » du grec « mimêsis » qui signifie
« imitation »
110

La structure comme langage architectural
L’arbre : structures dendriformes
Nous pouvons tirer des leçons de
structure rien qu’en contemplant
la structure de l’arbre qui est par
ailleurs considéré comme une forme
élégante visuellement en raison
de sa forme organique, les arbres
sont généralement capables de
résister à des vents forts grâce à
leur flexibilité, bien que certaines
espèces soient plus résilientes
que d’autres. L’énergie du vent
est absorbée progressivement, en
commençant par l’oscillation rapide
des petites branches, suivie du
mouvement plus lent des branches,
et enfin à travers les membres et le
tronc qui se balance doucement. La
stabilité de la structure de l’arbre
est également dûe à la distribution
du poids qui est conçue de manière
à équilibrer la charge sur l’ensemble
de l’organisme. Les branches plus
légères et flexibles situées en haut
de l’arbre compensent le poids du
tronc et des branches plus épaisses
en bas, ce qui contribue à une
répartition hiérarchisée et équilibrée
du poids. Cela signifie que les arbres
fonctionnent comme d’immenses
porte-à-faux verticaux, soutenus
principalement par leurs racines.
Les branches individuelles, agissant
comme des porte-à-faux plus petits
qui sont supportés uniquement à
leur point de jonction au tronc ou
Fig.127:La voûte en éventail
dans la chapelle du King’s
College, cambridge (source
:Tree-inspired dendriforms and
fractal-like branching structures
in architecture)
111

La structure comme langage architectural
à des branches plus importantes.
Cette organisation, où le matériau
est concentré au niveau du support
et diminue vers l’extrémité, illustre
de manière logique la façon dont les
arbres optimisent leurs structures
pour répondre aux contraintes de
manière efficace,
La structure en arbre ou bien la
structure dendriforme, a captivé
l’attention des architectes depuis des
siècles en raison de sa combinaison
unique de beauté formelle et
d’efficacité structurelle. L’arbre,
en tant que symbole de force et de
croissance, a été intégré de diverses
manières dans l’architecture entant
que décoration qui imite les formes
organiques des branches et des
troncs. Comme les formes végétales
et florales que nous trouvons
dans les détails de l’architecture
romaine et classique, cependant,
la fascination des architectes pour
la forme des arbres ne s’est pas
limitée à des fins décoratives. Depuis
très longtemps, les architectes et
les constructeurs ont essayé de
reproduire leurs caractéristiques
structurelles et mécaniques,
en appliquant fréquemment et
en développant des concepts
mathématiques spécifiques. Par
exemple les dendriformes ont été
construits au cours de la période
gothique dans le cadre de la
construction de maçonnerie d’arcs
et de voûtes comme dans la voûte
en éventail dans la chapelle du
Kings College, Cambridge. (Fig.127),
pendant la période moderne du
début et du milieu du XXe siècle, les
architectes ont s’inspiré la forme
de la configuration complexe de
l’arbre sous forme de géométries
euclidiennes et hyperboliques
simples, et ont construit des
structures dendriformes telles
qu’un champignon ou une forme en
parapluie en utilisant le potentiel
de béton armé nouvellement
développée et la technique de porte-
Fig.128:Optimisation de
nombre des colonnes grace à
l’utilisation des structures en
arbre
Fig.129:L’aéroport Stuttgart
(1939) par von Gerkan Et Marg
Engineer Weidleplan Consulting
112

La structure comme langage architectural
à-faux. (Voir le chapitre typologies ,le
poteau en parapluie de Nervi)
De nos jours, l’imitation des
apparences complexes et des
formes organiques est devenue
possible, en utilisant des processus
de calcul numérique avancés et des
algorithmes mathématiques pour
calculer les charges d’une manière
précise en peu de temps
La logique structurelle des
structures en arbre réside dans
l’utilisation des colonnes plus
architecturées, qui commencent par
un pilier et se multiplient comme les
branches des arbres ce qui permet
de limiter le nombre des colonnes
parce qu’elles sont compensées
par les multiples appuis en contact
avec la dalle ou les poutres, et
par conséquent permettent une
épaisseur plus grande et plus
résistante à la flexion.
Cette logique a été une source
d’inspiration pour des nombreuses
architectures contemporaines
comme l’aéroport Stuttgart (1936)
par Von Gerkan Et Marg Engineer
Weidleplan Consulting, dans lequel
les structures d’arbres artificiels
sont intégrées pour répondre au
besoin de supports structurels
espacés pour créer une impression
d’ouverture et permettre une
utilisation libre et flexible de
l’espace aménagé. Ces structures
sont particulièrement adaptées aux
vastes zones ouvertes, présentant
une hauteur suffisante de plancher
à plafond pour permettre une
disposition dégagée des branches.
Des exemples concrets de designs
réussis incluent les halls de départ
des aéroports, les salles de réunion
ou les centres d’échanges de
transports. Par exemple, l’utilisation
de telles formes par Norman Foster
et les ingénieurs conseil d’ove
Arup pour le terminal passager de
l’aéroport de Stansted, à Londres,
au début des années 1990, leur a
permis d’optimiser la disposition des
colonnes principales à intervalles de
36 mètres au niveau du sol, tandis
que les supports «branches» étaient
espacés de seulement 12 mètres au
niveau du toit. Fig.130:Le terminal passager
de l'aéroport de stansted, à
londres, au début des années
1990, par Norman Foster et
les ingénieurs conseil d'Ove
Arup (Source: https://www.
fosterandpartners.com,
16/10/2024)
113

La structure comme langage architectural
Toile d’araignée
La structure de la toile d’araignée
est une excellente source
d’inspiration pour les ingénieurs
et les concepteurs surtout avec
l’avènement des nouveaux matériaux
comme l’acier et les matériaux
textiles. D’une part, la composition
microscopique de la soie, produite par
des glandes spécialisées à travers
une matière protéique, possède des
propriétés exceptionnelles telles
qu’une résistance importante en
tension comparée à celle de l’acier,
une élasticité des déformations,
et la capacité d’absorber l’énergie
cinétique des proies volantes grâce
à une oscillation locale lors de
l’impact, d’autre part la méthode
de construction suit une logique
géométrique qui améliore l’efficacité
de sa structure.
Le processus de construction débute
lorsque l’araignée libère un fin fil
dans le vent pour le transporter
vers un emplacement approprié.
Une fois un point d’ancrage trouvé,
l’araignée commence la construction
de la toile en établissant des lignes
radiales qui partent du centre et
fournissent un support structurel
de base pour les étapes suivantes.
L’araignée tisse ensuite des lignes
en spirale, collantes vers le centre
de la toile. Ce motif en spirale est
soigneusement conçu pour optimiser
l’efficacité de la capture des proies,
avec des variations d’espacement et
de densité en fonction de l’espèce
d’araignée et de sa stratégie de
chasse.
La science derrière la soie d’araignée
révèle un matériau aux propriétés
uniques, ce qui met en valeur sa
résistance et élasticité.
Ce qui nous intéresse le plus dans
le domaine des structures, c’est
la logique de la toile d’araignée,
car elle représente le principe des
structures tendues à base de câbles
en acier qui comme déjà mentionné
possède des propriétés similaires
Fig.131:Stade Munich Olympic
(1968-1972) par Frei Otto et
Gunther Behnisch
114

La structure comme langage architectural
à celles de la soie. La logique de la
géométrie de son réseau offre une
légèreté visuelle et des possibilités
de couvrir des espaces à grande
portée avec une structure optimale
qui économise l’utilisation des
matériaux. Comme c’est le cas dans
la fabrication des plus anciennes
tentes préhistoriques qui sont
conçus d’une manière intuitive en
tirant des cordes radialement le
long d’un plan circulaire comme une
base structurelle pour supporter un
réseau de cordes horizontales,
Cela a inspiré des ingénieurs tels
que Frei Otto qui est un ingénieur
et architecte reconnu pour ses
conceptions écologiques et ses
structures organiques inspirées de
la nature, comme dans la conception
de la toiture du stade Olympique
Munich (1968-1972) en collaboration
avec l’architecte Gunther Behnisch.
Avec une structure tendue qui
couvre un espace de 105mx68m
et une capacité de 69,250 places,
le stade à coté de ses annexes
donne une impression organique
qui est accentuée d’avantage par
son implantation dans un complexe
de parc et de végétation, Un autre
exemple notable conçu par le
même ingénieur en collaboration
avec Carlfried Mutschler est the
Multihall (Fig.133) qui est réalisé à
l’occasion de l’exposition nationale
de jardin de Mannheim, il s’agit d’une
construction éphémère composée
d’une structure de treillis en bois
recouvert de tissu translucide, la
structure entière mesure 160 mètres
x 115 mètres, avec une hauteur de
20 mètres au-dessus du sol et une
portée allant jusqu’à 60 mètres.
Fig.132:Tente préhistorique
Fig.133:Multihall conçu par
Frei Otto et Carlfried Mutschler
à l’occasion de l’exposition nationale
de jardin de Mannheim
1975
115

La structure comme langage architectural
Coquille d’œuf
La coquille d’œuf constitue un
exemple légitime de l’incarnation de
la notion de la résistance de forme
dans la nature. Elle est conçue pour
avoir des parois fines à l’intérieur pour
permettre aux poussins de la briser
après la fin de leur développement,
mais cela n’élimine pas le besoin de
les protéger contre l’environnement
extérieur durant leur formation.
D’où l’origine de sa forme incurvée.
La coquille, qui est forte en
compression mais faible en tension,
résiste aux charges grâce à sa forme
en dôme. Lors de la formation de la
coquille, sa structure est formulée
d’une manière à optimiser sa
matière, sa résistance est basée
sur la précision géométrique du
dôme. Généralement Il est possible
de la briser qu’avec des forces
ponctuelles, ce que font les poussins
pour pouvoir sortir de l’oeuf. De
nombreuses expérimentations et
démonstrations ont été faites pour
prouver sa résistance, comme en
témoigne le fait qu’une personne de
200 livres a pu être soutenue sur un
œuf intact au centre des sciences de
l’Ontario. Les concepteurs depuis des
siècles ont suivi cette logique pour
des structures plus performantes,
comme les voûtes et les arcs
gothique en pierre qui ont une
épaisseur fine mais qui ont pu durer
grâce à leur géométrie incurvée
Fig.134:Fenêtre gothique
(source : églises d’Oise)
116

La structure comme langage architectural
L’anatomie de l’Homme
Le squelette du corps humain
est composé de 206 os, c’est elle
qui forme la structure porteuse
qui supporte le poids du corps.
La disposition des os dans le
corps est un résultat d’une
répartition équilibrée des charges.
Car le squelette humain arrange
stratégiquement les os plus larges
et plus denses dans les régions
soumises à des contraintes plus
importantes. Comme d’habitude, la
nature cherche la manière la plus
efficace de distribuer la matière, ce
qui est à l’origine de ces systèmes
impressionnants y compris le corps
humain. Sa distribution optimale
des ressources aboutit à une
légèreté totale tout en assurant
une résistance maximale face
aux contraintes relatives à son
poids propre et à l’environnement
extérieur.
En outre, la morphologie humaine
représente une combinaison idéale
entre rigidité et souplesse. Le corps
n’est pas formé que d’élément
rigides, car ceux-ci fonctionnent
parallèlement avec des éléments
flexibles comme les muscles et les
tendons, cela crée un système en
alternance entre la compression
et la traction en fonction des
mouvements et des positions du
corps. Ce principe a été popularisé
entre 1940 et 1950 par l’architecte et
inventeur américain r. Buckminster
Fuller sous le nom de «tenségrité»,
une combinaison entre «tension» et
«intégrité». Il le décrit en disant :
«Îlots de compression au sein d’un
océan de tension»
Les structures de tenségrité, comme
nous avons mentionné (voir le
chapitre typologies du vocabulaire
structurel), consistent en des
Fig.135:Structure en tenségrité
dans l’exhibition de Kenneth
Snelson (source : site du musée
Kröller-Müller)
117

La structure comme langage architectural
éléments de compression (barres)
maintenus en place par des éléments
de tension (câbles). De même,
l’anatomie est constituée d’os qui
travaillent en compression et de
muscles qui résistent à la traction.
Dans l’architecture, ce système
apporte des potentiels structurels
et esthétiques intéressants
pour son expression flottante, sa
discontinuité et sa légèreté visuelle.
D’ailleurs, la première tensegrité a
été l’œuvre d’un artiste et constitue
depuis une matière riche dans l’art
contemporain et le design.
Avec nos corps, nous pouvons
effectuer un grand nombre de
mouvements et adopter diverses
positions qui finissent tous par
trouver leurs équilibre malgré leur
diversité et leur aspect dynamique ;
ce qui a toujours fasciné les experts
dans le domaine de la structure.
Par exemple, l’acte de marcher est
une opération qui n’est pas aussi
simple qu’il y paraît. Si vous essayez
de marcher très lentement, vous
constaterez que vous commencez
à perdre l’équilibre. Inclinez-vous
lentement en avant à partir des
hanches, à un certain point, votre
centre de gravité se déplace «à
l’extérieur de vous», et l’une de
vos jambes se déplace vers l’avant
pour former un triangle qui vous
empêche de basculer, ce qui assure
votre stabilité. Cet écartement est
décrit par le principe de l’élancement
des structures qui renvoie à la
proportion entre la hauteur et
la largeur d’une structure. En
ingénierie, un élément est considéré
comme élancé si sa hauteur est
considérablement plus grande que
sa largeur, ce qui peut évoquer sans
basculement. C’est là l’origine de la
forme globale de la fameuse tour
Eiffel conçu par l’ingénieur Gustave
Fig.136:Dessin de tour Eiffel
démonstratrice son inspiration
de la position d’écartement des
pieds
Fig.137:Pont de l’Alamillo à séville
par Calatrava, représente
une compensation des forces
pas seulement par les câble
ancré dans le pylône mais aussi
par le contre poids du pylône
118

La structure comme langage architectural
Eiffel entre 1887 et 1889 avec une
hauteur de 330 m, son équilibre et sa
résistance contre les forces latérales
de vent qui augmentent plus on
s’élève en hauteur vient de son
écartement des pieds qui forme une
silhouette triangulaire et permet son
élancement .
Revenons à l’exemple de la marche,
si vous continuez à vous pencher,
vous atteindrez le point où la seule
façon de maintenir votre équilibre
est d’étendre votre autre jambe,
comme dans la pose de ballet. En
architecture, nous l’appelons un
porte-à-faux qui signifie un élément
qui s’étend latéralement depuis la
verticale. Il dépend d’un contrepoids
pour sa stabilité et de la triangulation
pour résister aux moments de flexion
et aux forces de cisaillement des
bras du levier.
Le pont de l’Alamillo à Séville,
représente un exemple intéressant
de la pose de ballet vue la
compensation des forces pas
seulement par les câble ancrés dans
le pylône mais aussi par le contre
poids du pylône, il a été conçu par
l’architecte et ingénieur espagnol
Santiago Calatrava qui est réputé par
son inspiration anatomique. Il a conçu
des structures semblables à des os
comme dans le pavillon du Koweït à
Séville, en Espagne, le pont Lusitanie
à Mérida, et ainsi de suite.
Il est fascinant de constater
comment le corps humain peut
aussi imiter des structures
complexes, largement utilisées dans
la construction de grands édifices
et d’œuvres d’art. Par exemple, la
structure réciproque, qui repose sur
le principe d’un cercle de personnes
assises les unes sur les autres.
Chacun est soutenu par les genoux
de la personne qui est derrière lui
précédente tout en fournissant un
support à la personne devant lui,
ce qui élimine le besoin de chaises
Fig.138:Cercle de gens représente
une structure réciproque
119

La structure comme langage architectural
ou d’assises. Cette disposition
constitue une forme de structure
autoportante qui est largement
utilisée dans les charpentes en bois,
où chaque barre soutient la suivante
tout en étant soutenue par la
précédente.
L’origine de cette configuration
remonte à l’architecte médiéval
français Villard de Honnecourt (1200-
1250), qui l’a initialement développée
pour la construction de solivages en
bois en assemblant mutuellement
des barres plus petites pour former
un carré ou un cercle. Plus tard
l’artiste et l’architecte Leonardo
de Vinci a enrichi ce concept en
imaginant et en esquissant diverses
motifs (Fig.140). L’avantage inhérent
à ces structures réside dans leur
capacité à former des structures
très résistantes avec des portées
importantes, en utilisant des pièces
de faible longueur et en créant
des jeux de formes géométriques
agréables.
Il est également intéressant de
souligner que ces structures ont
retrouvé un intérêt particulier
aujourd’hui, grâce à l’architecture
paramétrique qui permet d’explorer
une diversité de motifs pour créer
des structures demi-sphérique
plus sophistiquées et résilientes, ce
qui ouvre la voie à des applications
architecturales novatrices.
Les concepteurs du pont ferroviaire
de Forth ont illustré le principe
du porte-à-faux en utilisant
leurs propres corps. Dans cette
représentation(FIg.139), les individus
au niveau du sol agissent comme des
colonnes, subissant une compression,
tandis que leurs bras sont soumis
à une tension. Les éléments en
bois, représentés par les bâtons,
fonctionnent en compression, pour
transférer la charge vers les chaises.
Cette démonstration physique
offre une visualisation concrète
du fonctionnement du principe du
porte-à-faux dans la conception du
pont.
Fig.140:Dessin de structure
réciproque basé sur un motif
hexagonal par Leonardo De
Vinci (Codex Atlantico)
Fig.139:Démonstration du fonctionnement
de la structure du
pont The Forth (source : Structural
engineering for architects:
a handbook par Pete Silver, Will
McLean ,Peter Evans)
120

La structure comme langage architectural
Chapitre VI.La forme suit la fonction
: Optimisation structurelle
comme génératrice de forme
Statique graphique : le
langage formel des forces
La statique graphique est une
approche puissante qui permet de
lier la géométrie d'une structure
aux forces qui agissent sur elle. Les
maîtres d'œuvre ont utilisé cette
méthodologie de conception simple
mais puissante pour découvrir la
forme structurelle depuis plus d'un
siècle.
C’est une méthode géométrique
de calcul destinée à appréhender
visuellement et à résoudre
concrètement des problèmes de la
mécanique des solides, basée sur le
dessin technique, la géométrie et la
mécanique statique.
C’est «L'art du calcul par trait.» (Smith
1889)
Elle remonte à l'introduction de la
règle du parallélogramme par Simon
Stevin en 1568 et à la première
utilisation d'un polygone funiculaire
de forces par Varignon au XVIIIe
siècle. Elle débute avec l’ouvrage
de Karl Cullmann, "Die graphische
Statik," publié entre 1864 et 1866 à
Zurich.
Toutefois, d'autres protagonistes
sont étroitement liés à son évolution,
tels que Poncelet, Cousinery en
France, Rankine, Maxwell et Bow
en Angleterre, Ritter en Suisse et
Cremona en Italie.
De grands ingénieurs tels qu’Eiffel
et Maillart ont utilisé la statique
graphique pour concevoir leurs
chefs-d'œuvre, tels que la tour Eiffel
à Paris, ou le pont de Salginatobel à
Schiers, en Suisse. L'un des points
forts fondamentaux de la statique
graphique est la représentation
explicite de la relation entre la forme
d'une structure et l'équilibre des
forces internes et externes avec
des diagrammes géométriquement
liés "forme et force". Les amplitudes
des forces dans le système
structural sont représentées par
les longueurs des segments dans le
diagramme des forces où des lignes
plus longues signifient des forces
plus importantes. Cela permet au
concepteur, en plus d'éviter des
erreurs majeures, de comprendre
et de visualiser la relation entre les
changements dans la géométrie,
les modifications correspondantes
dans la distribution et l'amplitude
des forces, ainsi que la relation
entre l'équilibre nodal et global
d'un système structural, ce qui
n’est pas nécessairement aussi
facile à comprendre aux travers
des équations mathématiques
d'équilibre horizontal, vertical et de
moment. Cette approche intuitive et
121

La structure comme langage architectural
ce contrôle sur la relation réciproque
entre la forme et les forces rendent la
statique graphique particulièrement
utile, non seulement pour la
conception et l'analyse de câbles,
d'arches et de structures en treillis,
mais également pour les poutres et
les cadres.
Léonard de Vinci : décomposition
des forces
Bien que Léonard de Vinci n'ait pas
abouti au véritable parallélépipède
de forces, il fut l'un des premiers à
analyser graphiquement les forces
en procédant à la décomposition
des forces à travers des exemples
pratiques tels que la conception de
l'arbalète et du système de poulies,
ainsi que dans des études théoriques
portant sur la charge remorquée et
la déformation d'une canne flexible.
Son approche repose sur un équilibre
momentané qui utilise des cordes
pour représenter les porteurs de
forces inconnues agissant sur des
bras différents émergeant d'un
point commun, le centre de rotation.
Les connaissances de Léonard de
Vinci dans ce domaine n'ont pas
immédiatement retenu l'attention
et sont restées plus ou moins
inaperçues jusqu'en 1797.
Simon Stevin : loi d'équilibre
sur un plan incliné
Simon Stevin, un mathématicien et
physicien flamand de la renaissance,
a contribué à la compréhension de
l'équilibre et de la décomposition
des forces. Dans son ouvrage "De
Beghinselen der eeghconst", Stevin a
réalisé une expérience sophistiquée
mais simple impliquant une chaîne de
sphères de taille et de poids égaux
suspendues à deux plans adjacents
inclinés différemment. Cette
expérience a permis à Stevin de
créer le premier polygone des forces
fermé. A travers des représentations
graphiques de la décomposition
des forces, Stevin s'est approché
du concept du Parallélogramme
des forces. En mesurant la force
nécessaire pour déplacer la
charge sur un plan incliné, Stevin
a pris en compte les composantes
gravitationnelles et perpendiculaires
à la surface. En fonction de l'angle
du plan incliné, ces composantes
se chevauchent ou divergent, ce
qui offre des indications sur la
force nécessaire pour maintenir la
charge au repos en tenant compte
du frottement entre la charge et la
surface.
Isaac newton : le parallélogramme
des forces
Isaac Newton a traité la
décomposition des forces de manière
différente de Léonard de Vinci. Dans
ses "Principes mathématiques de
la philosophie naturelle", Newton
a utilisé le parallélogramme des
forces comme nous le connaissons
aujourd'hui. Dans le corollaire n°1
de son chapitre qui définit les lois
du mouvement, Newton décrit
précisément la construction d'un
parallélogramme des forces, où la
somme de deux forces constitue la
diagonale du parallélépipède formé
Fig.141:Léonardo de Vinci, Codex
Arundel, 1478-1518, British
Musuem, Londres
Fig.142:Simon Stevin, De
Beghinselen der weeghconst,
Leyden, 1586
Fig.143:lorsque deux forces
sont combinées, leur somme
sera la diagonale d’un parallélépide,
ou ces forces sonts les
cotés (source :Pilosophiae Naturalis
Principia Mathematica)
122

La structure comme langage architectural
par ces forces comme côtés. Pour
Newton, le parallélogramme des
forces représentait l'interaction
dynamique de deux forces
conduisant à l'accélération ou au
ralentissement d'un corps. Bien que
sa définition soit simple, il a fallu
deux siècles avant que la statique
l'adopte, et la discussion sur la preuve
mathématique du parallélogramme
des forces s'est poursuivie jusqu'au
début du XXe siècle.
Polygone funiculaire de Pierre
Varignon
Le mathématicien français Pierre
Varignon, contemporain d’Isaac
Newton, a publié son ouvrage majeur
"Nouvelle mécanique ou statique"
en 1687, la même année que les
principes de Newton. A la manière de
Léonard de Vinci, Varignon a réalisé
des expériences avec un système de
cordes, mais contrairement à lui, ces
cordes représentaient clairement
les forces. Il a progressivement
formé le fameux polygone funiculaire
à partir du système de forces,
suivant l'approche de Stevin, et l'a
finalement fermé pour obtenir un
polygone des forces correspondant.
Tout comme Léonard de Vinci,
Varignon a utilisé les bras de levier
et formulé le théorème du moment.
Dans la deuxième partie de son livre,
il a introduit la solution vectorielle
d'un système de trois forces,
anticipant ainsi l'utilisation directe
de la méthode graphique pour les
calculs en mécanique du bâtiment,
notamment lors de l'ancrage des
mâts au moyen d'un triplet de
cordes.
Luigi Cremona : diagramme de
Cremona
Cullman fait référence à divers
travaux, dont ceux de Maxwell qui
portent sur les diagrammes de forces,
l'équilibre et la rigidité des cadres.
Luigi Cremona, quelques années plus
tard, avançait des solutions similaires
(Cremona 1872 et 1874). Les modèles
de force résultante, communément
appelés épure de Cremona, ont été
largement adoptés dans l'application
de la statique graphique en Europe
continentale, tandis que dans
les pays anglo-saxons, ils étaient
souvent associés à Maxwell.
L’épure de Cremona, nommée d'après
le mathématicien italien qui lui a
donné son nom, est une méthode
largement utilisée en statique
graphique jusqu’à aujourd’hui
pour analyser les forces dans une
structure triangulée isostatique
à nœuds articulés. Chaque région
est représentée par un point, relié
aux points des régions voisines
par des segments parallèles avec
la direction des poutres ou des
forces les séparant. Ces segments
représentent les forces agissant sur
les poutres à l'échelle. En formant
un polygone des forces, également
appelé « polygone dynamique » qui
illustre l'équilibre de la structure. Il
s'agit des triangles, chaque force
correspondante à une poutre et
Fig.144:source : Varignon,
Nouvelle mécanique ou statique
Fig.145:la méthode de
diagrame de crémona (source :
« Beyond Bending »)
123

La structure comme langage architectural
L’efficacité de la géométrie
: la conception par
force
L’un des impacts directs de la
statique graphique sur l’architecture
est l’introduction de la conception
basée sur les forces, l’un des
exemples de la conception par force
est le principe de la chaîne suspendue
formulé par robert Hooke en 1675 :
«tel que pend la ligne souple, ainsi,
inversée, subsistera l’arche rigide»
. Cette observation a révélé que la
courbe funiculaire générée par une
corde sous l’influence d’un ensemble
de charges peut, lorsqu’elle est
inversée, représenter la trajectoire
des forces de compression pour
une structure incurvée supportant
le même ensemble de charges qui
sera par conséquence une structure
en arche/coque à compression
uniquement.
En Italie, le physicien et
mathématicien Giovanni Poleni
(1683-1761) a utilisé ce principe pour
évaluer graphiquement la stabilité
du dôme de Saint-Pierre, qui avait
commencé à présenter des fissures
sérieuses en 1741. Poleni a constaté
que sa conception s’éloignait de
la courbe idéale de la chaînette
renversée, qui permet de suivre et
de délimiter la ligne de poussée.
En conséquence, par mesure de
précaution, il a suggéré au pape, en
1743, de renforcer le dôme avec cinq
anneaux métalliques. Le diagramme
inclus dans son manuscrit montre
qu’il n’a pas seulement envisagé
la chaînette mathématique, mais
qu’il a également travaillé sur sa
forme en utilisant la taille graduée
des sphères, créant ainsi une ligne
de pression de la voûte. Il a ensuite
vérifié si cette ligne ne dépassait pas
la masse du dôme.
L’approche de la conception par
force n’est pas aussi novatrice qu’il
y paraît, comme en témoignent
plusieurs exemples dans ce texte.
Les constructions historiques en
maçonnerie, en particulier de la
période gothique, illustrent bien ce
concept. En raison de la nature de
la construction en maçonnerie non
armée, ces structures exigent un
transfert de charge exclusivement
en compression pour toutes les
conditions de chargement. La
sécurité des structures en arc ou en
voûte en maçonnerie est avant tout
un problème de géométrie plutôt
que de contrainte et de matériaux.
La défaillance est principalement
causée par la stabilité plutôt que
par l’écrasement du matériau. Une
approche basée sur la stabilité
ou l’équilibre s’avère ainsi plus
pertinente pour évaluer la sécurité
des structures en maçonnerie.
Cette analyse limite a été théorisée
par Jacques Heyman en 1966, elle
implique qu’une ligne de poussée
trace et visualise un chemin
possible des forces résultantes
(compressives) dans la section. Une
géométrie d’arche avec une ligne de
poussée qui reste à l’intérieur de sa
section transversale offre un flux de
force en équilibre, ce qui produit un
transfert de charge par contact et
en compression.
Cette approche interdisciplinaire
qui couple intrinsèquement forme,
matériau et structure a toujours
attiré l’attention des architectes
et des ingénieurs. Les maîtres
Fig.146:Dessin de Poleni illustrante
la méthode de vérification
de la stabilité du la dôme
de Saint-Pierre en appliquant le
principe de la chaîne suspendue
124

La structure comme langage architectural
maçons devaient gérer et assurer
l’interrelation de tous les aspects
de ces bâtiments, de leur expression
architecturale et de leur forme
structurelle aux techniques de
fabrication utilisées et aux stratégies
de leur élaboration,
Les connaissances géométriques et
les techniques d’arrangement, de
dessin et de découpe de blocs de
matériau solide, tels que la pierre ou
le bois qui peuvent être assemblés
en constructions autoportantes,
sont référé par le terme stéréotomie.
Nous pouvons beaucoup apprendre
des techniques stéréotomiques
traditionnelles, notamment en
ce qui concerne la conception de
géométries de carrelage structurel
qui définit la segmentation de formes
funiculaires en unités plus petites
tout en considérant et équilibrant
simultanément diverses exigences et
contraintes. Pour résumer, le principe
de la stéréotomie réside dans cet
équilibre pour satisfaire des objectifs
multiples dans des processus de
planification et de construction
complexes, un paradigme toujours
très pertinent.
La stéréotomie est considérée
comme une étape cruciale et une
source d’inspiration pour une
stratégie de conception structurelle,
Amédée François Frézier, dans
son traité de stéréotomie publié
entre 1737 et 1739 confirme que
les liens entre la stéréotomie et
la mécanique du bâtiment sont
étroitement entrelacés. Frézier
souligne également que les
premières tentatives documentées
de création d’articulations sur les
voûtes, liées à la représentation
graphique des forces, remontent
à Augustin Danyzy, qui a conçu des
modèles stéréotomiques de voûtes.
En développant l’idée de pivotement
des voussoirs, démontra la possibilité
de leur effondrement.
Fig.147:recherche d’une
solution graphique en utilisant
la stérétomie (source : Frézier
1739)
Fig.148:A gauche, la Oyster
bar dans la gare centrale de
New York, réalisés par la société
Guastavino (1912);
Fig.149: A droite, la voûte
romaine classique avec des
briques posées sur un échaffaudage,
la voûte nubienne et la
voûte catalane ou en carreaux
125

La structure comme langage architectural
Cependant, des siècles avant la
théorisation de cette science, elle
était pratiquée et perfectionnées
dans l’architecture d’une manière
empirique par les constructeurs et
les artisans, la chose qui démontre
une inspiration précieuse à prendre
des métiers et des techniques
traditionnels. Le modèle de la
maçonnerie impose la logique
des structures uniquement en
compression sur des matériaux sans
capacité de traction ou de flexion,
il peut être appliqué à d’autres
systèmes structurels comme les
plafonds voûtés en carreaux (the
tile-vaulted ceilings) comme celui
de l’Oyster Bar dans la gare centrale
de New York, réalisés par la société
Guastavino (1912)
Sa voûte est constituée de trois
couches de carreaux non armés,
construites sans coffrage pour
les arches principales, supportant
des parties de la Vanderbilt hall
au-dessus. Originaire de la région
méditerranéenne, la méthode
traditionnelle de construction
de voûtes en carreaux minces à
une longue histoire qui remonte
à plus de 600 ans. Aujourd’hui
également connue sous le nom
de voûte catalane ou Guastavino,
cette technique utilise des carreaux
légers et un mortier à prise rapide.
Ce qui permet de construire les
voûtes sans support en dessous, en
porte-à-faux temporaire. Lorsque la
partie autoportante de la coque est
achevée elle sert comme un coffrage
permanent sur lequel les couches
supplémentaires de briques peuvent
être posées avec du mortier à prise
conventionnelle. La voûte nubienne
est une autre technique permettant
de construire des voûtes en briques
sans échafaudage. Cette méthode
de construction venue de Nil, dont
l’histoire remonte à plus de 3 000 ans,
utilise des briques en adobe séchées
Fig.150:La géométrie de l’extrados
des claveaux des voûtes
de la chapelle lady henry vii
(1519) témoigne de l’approche
holistique des maîtres d’œuvre,
combinant et équilibrant les
contraintes et les exigences
liées à l’expression architecturale
et à la forme structurelle,
ainsi qu’à la fabrication et à la
construction.
Fig.151:Le mémorial Sean
collier, conçu par Yoon + Höwler
architecte à Cambridge, Massachusetts,
états-unis, (2015).
(Source: Beyond bending)
126

La structure comme langage architectural
à l’air et des mortiers en terre. Etant
donné qu’elle dépend uniquement
de matériaux naturels disponibles
localement, la voûte nubienne est
souvent la technique de voûte
préférée pour la construction dans
l’architecture vernaculaire.
Un des exemples modernes
représentatifs dans ce contexte est
le mémorial Sean collier, conçu par
Yoon + Höwler Architect à Cambridge,
Massachusetts, Etats-Unis, (2015),
qui est composé de 32 blocs de
granit massif. La structure discrète
en pierre repose sur l’action des arcs,
avec cinq demi-arcs de contrefort qui
soutiennent la partie centrale,
Néanmoins l’exploitation de ces
principes traditionnels qui ont prouvé
à la fois l’intelligence et la beauté de
la conception architecturale basé sur
tracé de la descente des charges,
a été exposée d’une manière
impressionnante et créative dans
l’exposition de Biennale de Venise
intitulée « Au-delà de la flexion »
par l’équipe, composée du Philip
Block Research Group de l’ETH Zürich,
ils ont exploré l’idée innovante
d’utiliser des dalles de béton armé
en compression seule plutôt qu’en
flexion. Leur recherche a révélé que
cette approche pouvait économiser
jusqu’à 70 % de matériau, avec des
implications notables en termes de
coûts, d’énergie et de temps. En
analysant des structures historiques
telles que la chapelle du Kings
College et les voûtes de Guastavino,
l’équipe a ouvert la voie à une
conception structurelle plus efficace,
en exploitant des technologies
d’ingénierie avancées, des logiciels
et la préfabrication robotique, à
l’instar de la voûte de Guastavino,
le groupe a exposé un joli plancher
voûté en carreaux qui constitue une
coque en maçonnerie composée
de deux couches de carreaux de
céramique minces liées avec du
mortier de ciment selon un motif en
chevron tandis que les quatre arches
sur les bords, initialement soutenues
par des échafaudages temporaires
pendant la construction, transfèrent
les charges vers les supports
Fig.152:plancher vouté en
carreaux (source : Beyond Bending,
Philip Block)
127

La structure comme langage architectural
Form finding structures:
grâce à des modèles physiques
Au cours du XXe siècle, des
architectes et des ingénieurs
ont exploré des méthodes
génératrices pour concevoir des
formes structurelles complexes en
expérimentant avec des modèles
physiques et en s’inspirant des
structures présentes dans la nature.
La découverte et la création de
nouveaux types de structure est un
résultat des expérimentations sur
des modèles physiques, notamment
des surfaces compressives
tridimensionnelles, coques ou des
surfaces tendues tridimensionnelles,
et des membranes. Une diversité
d’approches de recherches de
forme est devenue possible avec
le développement de la conception
assistée par ordinateur et à travers
l’utilisation des programmes
informatiques pour calculer les
solutions structurelles optimales
en fonction de paramètres
géométriques donnés, ce qui est
connu aujourd’hui sou le terme de
l’architecture paramétrique
Comme nous l’avons étudié, une
courbe «funiculaire» découle de la
suspension d’une chaîne ou d’un
câble qui, lorsqu’il est soutenu à
chaque extrémité, se courbe sous
son propre poids. Dans le cas d’un
pont suspendu, les câbles tendus
entre les mâts forment une courbe
caténaire ; mais une fois que les
Fig.153:La maquette physique
de Antonio Gaudi pour explorer
les formes funiculaires données
par les chaînes suspendues,
pour la conception de la Sagrada
Familia
128

La structure comme langage architectural
câbles sont chargés (en suspendant
un tablier à partir de câbles verticaux
placés à intervalles réguliers), la
courbe devient presque parabolique.
Lorsqu’une courbe caténaire est
inversée, elle forme une arche
naturellement stable qui est
structurellement efficace.
Par conséquent, Il est possible de
générer des structures compressives
structurellement efficientes en
suspendant un filet ou un tissu à
partir d’un ensemble de points et
en le saturant de plâtre ou de colle
et en l’inversant pour créer une
forme semblable à une coque fine
comme c’est le cas dans les modèles
d’Antoni Gaudí avec lesquels Il a
réalisé la conception de la Sagrada
Familia, c’est un chef d’œuvre qui
mélange les styles néo-gothiques
et modernistes,.sa construction
a commencé en 1882 et elle reste
inachevée aujourd’hui, (il est prévu
de la reprendre en 2026.) L’intérieur
de la basilique est caractérisé par
des structures organiques avec
des colonnes en forme d’arbres
qui soutiennent un toit voûté ce
qui reflète l’amour de Gaudí pour
la nature, cependant, ces formes
naturelles sont un résultat logique
d’une démarche structurelle.
D’autres architectes tels que Frei
Otto et Heinz Isler ont aussi utilisé
des prototypes structuraux pour
la conception et l’ingénierie. Dans
le cas d’Otto, ses modèles étaient
méticuleusement photographiés,
enregistrés, cartographiés et
dessinés pour générer des
références pour des projets
ultérieurs.
La philosophie architecturale de Frei
Otto était c aractérisée par une
volonté constante d’expérimentation
Fig.154:Le modèle de Frei Otto
pour la conception d’une structure
en membrane utilise un
film de savon sur un cadre avec
des fils. Cette structure est à la
fois minimale et anticlassique,
et peut être décrite graphiquement
comme une surface
«doublement réglée», c’est-àdire
une surface formée par une
grille de lignes droites.(Source:
Open Edition Journals, URL:
https://journals.openedition.or,
17/10.2024)
129

La structure comme langage architectural
et de l’intégration de l’art et de la
science Il a conçu des outils pour
étudier les processus d’autoorganisation
dans la nature, des
tables de mesure pour analyser
la distribution des forces, des
dispositifs pour examiner les formes
de construction pneumatiques, et
des maquettes de réseaux délicats
pour optimiser les structures
tendues complexes. Les maquettes
architecturales de Frei Otto, si le
nous pouvons encore les qualifier
de maquettes au sens traditionnel,
ne sont pas seulement des
objets statiques, mais également
dynamiques car ils incarnent des
modèles de processus applicables à
l’environnement. Les modèles d’Otto
illustre une esthétique fonctionnelle
qui balance entre la précision des
outils scientifiques et la créativité
artistique. Les méthodes de
modélisation, de dessin, de mesure
et d’évaluation qu’il a développées
ont jeté les bases d’une culture
artistique attentive à l’équilibre
entre l’observation et la pratique,
entre la science et la technique.
C’est une démarche artisanale et
intellectuelle d’auto-adaptation, où
l’architecture peut à la fois incarner
l’interdisciplinarité, la génération des
idées innovantes, et servir de point
de départ à un dialogue collectif sur
l’architecture de future.
La manière dont Frei Otto
révolutionne l’interaction entre
maquette, médiatisation et
matérialité devient claire en
examinant les matériaux qu’il utilise.
Dès la fin des années 1950, Otto s’est
inspiré des formes résultantes des
bulles de savons qui constituaient
une membrane très fine enveloppant
une surface minimale tout en
Fig.155:Heinz Isler a conçu
une technique où du tissu était
drapé sur des mâts puis saturé
d’eau. Par temps de gel, les
membranes se solidifiaient et
les mâts pouvaient être retirés,
formant des «coques de glace».
(Source: Open Edition Journals,
URL: https://journals.openedition.or,
17/10.2024)
130

La structure comme langage architectural
préservant leur stabilité et leur
intégrité structurelle. En modélisant
des modèles en fil de fer et en
les immergeant dans de l’eau
savonneuse, Il a observé qu’une
membrane construite de cette
manière est principalement définie
par ses bords extérieurs, c’est-à-dire
les points hauts et bas, et possède
des propriétés géométriques et
physiques spécifiques. La tension
superficielle d’une telle membrane
est uniforme en chaque point et
dans chaque direction ce qui mène
à une stabilité et une efficacité
particulières qui conduisent à
la formation de surfaces dites
minimales. Ainsi Frei est considéré
comme le pionnier de l’architecture
organique inspirée de la nature et
de l’innovation des structures légère
au travers de l’expérimentation
physique.
« Tout ce que l’homme fait en architecture
essaie d’aller contre la nature.
Nous devons comprendre la nature
pour savoir jusqu’où nous devons aller
contre elle. » Frei Otto
Bien que cette démarche puisse
sembler inhabituelle, Otto n’était
pas le seul à s’y intéresser. Dans
la communauté internationale
d’architectes orientés vers
l’expérimentation technique, l’étude
des propriétés des bulles de savon
était très en tendance dans les
années 1960. Par exemple, l’ingénieur
français Robert Le Ricolais utilisait
la bulle de savon comme outil
pédagogique dans ses séminaires
à l’Université de Pennsylvanie. À
travers ces expériences sur les
films transparents des bulles de
savon, ses étudiants devaient
mieux comprendre les lois statiques
et améliorer la connexion entre la
théorie et la pratique. Les maquettes
en bulles de savon ne sont pas
seulement explicites ; en tant que
modèles fonctionnels, elles illustrent
la preuve matérielle de leur propre
structure porteuse.
Avant l’avènement des possibilités
infinies créées par la fabrication et
l’analyse numérique, des architectes
tels que Gaudi, Isler, Mark West ont
embrassé un esprit similaire, en
adoptant une conception fondée
sur la force. Ils recouraient à des
maquettes physiques pour étudier
l’influence des charges sur une
géométrie en 3 dimensions. Heinz
Isler, dont l’intérêt se portait sur
des coques minces en béton armé
optimal, utilisait régulièrement
des modèles physiques pour créer
des géométries de surface. Ces
maquettes en plâtre, conçus par
une ingénierie inverse « reverse
engineering », étaient mesurés
avec une grande précision sur un
instrument sur mesure, et les profils
obtenus de cette façon servaient
comme une base de référence pour
ses grandes coques funiculaires
131

La structure comme langage architectural
Les possibilités d’une nouvelle technologie : l’analyse
du réseau de poussée, ou TNA
(Thrust Network Analysis)
Bien que la statique graphique ait
connu une large adoption dans
les domaines de l’architecture et
de l’ingénierie structurelle, son
utilisation a progressivement
diminué depuis la seconde
guerre mondiale en raison de
ses limitations, notamment dans
l’étude des structures complexes
et son incapacité à aborder
efficacement les structures autre
que bi-dimensionnelles. Il a fallu le
développement de l’informatique
pour étudier les possibilités offertes
par de nouvelles approches de
conception graphique en fonction
des forces
L’analyse du réseau de poussée
(Thrust Network Analysis ou
TNA) constitue une extension de
la statique graphique en trois
dimensions, ce qui présente une
approche contemporaine de la
conception structurale. Cette
méthode, entre outre mise en œuvre
dans les travaux de Philipe Block
et de son groupe de recherche, se
concentre particulièrement sur la
création de structures voûtées en
compression pure. Elle tire parti
des diagrammes de forme et de
forces basé sur le principe de la
statique graphique pour contrôler
la géométrie de la projection d’une
disposition de forces choisie, tout
en maintenant l’équilibre horizontal
pour des charges verticales.
L’approche TNA permet d’explorer
une diversité infinie de formes
structurelles pour une même
disposition d’arêtes, ce qui accorde
un contrôle inconditionné sur les
degrés de liberté des réseaux
d’équilibre tridimensionnels. Les
diagrammes de forme représentent
les projections horizontales des
arêtes, tandis que les diagrammes de
forces visualisent les distributions de
poussée horizontale. Une contrainte
géométrique est intégrée pour
garantir que toutes les solutions
obtenues sont en compression pure,
La modélisation assistée par
ordinateur et le calcul permettent
d’utiliser les diagrammes de
forme et de forces de la statique
graphique comme des moteurs de
conception Tri-dimentionnels. Ces
mécanismes de contrôle fournissent
au concepteur la possibilité
d’explorer l’impact de la géométrie
d’un système structural sur ses
performances et de concevoir une
structure en contrôlant la géométrie
de ses forces. Cette approche permet
d’obtenir une géométrie structurale
optimisée de manière explicite et
directe, évitant les répétitions d’une
conception par analyse brute. Ce qui
fait une représentions parfaite de la
dualité « forme et forces » qui peut
être utilisée pour l’optimisation et
la génération de forme, en étendant
la relation réciproque entre les
diagrammes de forme et de forces
avec des contraintes géométriques
intuitives. A travers la configuration
d’un modèle paramétrique, la
géométrie d’un treillis à force
constante peut être explorée de
Fig.156:la diversité des formes
obtenue à l’aide de génération
numérique basé sur l’analyse
des forces en 3D (source:
beyond bending)
132

La structure comme langage architectural
manière interactive ce qui permet
une approche originale pour
découvrir différentes topologies
et géométries de structures en
compression pour des charges et
des appuis spécifiques.
Cette méthode a rendu possible
la conception et la fabrication de
l’œuvre principale de l’exposition
au-delà de la flexion, L’ARMADILLO
VAULT qui illustre une performance
structurelle exceptionnelle rendue
possible par la géométrie. Sa forme
découle des mêmes principes
structurels et constructifs que les
cathédrales en pierre du passé,
et améliorée et étendue grâce au
calcul et à la fabrication numérique.
Composée de 399 blocs de calcaire
découpés individuellement, sans
aucune armature ni mortier, cette
voûte a une portée libre de 16
mètres avec une épaisseur minimale
de seulement cinq centimètres. La
géométrie funiculaire lui permet de
rester en compression pure. Cette
forme élaborée et née des méthodes
de conception et d’optimisation
informatiques TNA développées
par l’équipe. L’ingénierie de cette
coque discrète a également exploité
des approches informatiques
innovantes pour évaluer la stabilité.
Chaque bloc est défini par une
logique structurelle, répondant aux
impératifs d’une fabrication et d’un
assemblage précis, tout en tenant
compte des contraintes d’un site
historique protégé, ainsi que des
limitations strictes en termes de
temps, de budget et de construction.
Pour simplifier la fabrication et éviter
de retourner les pierres pendant la
découpe, les blocs sont plats et lisses
à l’extérieur, tandis que l’intérieur
est marqué par des rainures
résultant d’une découpe initiale.
Au lieu d’éliminer ces traits, elles
sont gardées pour servir de rappels
visuels du flux de force. Après avoir
été fabriquée et assemblée au Texas,
la voûte a été démontée, expédiée
à Venise et remontée en seulement
deux semaines. Comme un puzzle 3D
complexe,
Fig.157:L’ARMADILLO VAULT
Par Philipe Block groupe de
recherche (Source : Beyond
bending)
133

La structure comme langage architectural
Chapitre VII.La fonction suit la
forme : dimension symbolique et
poétique de la structure
En s’approfondissant sur
l’étymologie du terme «poésie»,
nous constatons que ses racines
remontent au grec ancien, où le mot
«poíesis» découle du verbe (poieo),
signifiant «faire» ou «créer». Ainsi, à
son origine, le concept de «poésie»
est intrinsèquement lié à l’idée de
création et de production.
Dans le cadre de notre réflexion,
qui explore depuis ses débuts une
analogie entre le langage et la
structure, une analogie qui révèle ses
prémices dès le titre de la recherche
intitulée la structure comme langage
architectural, nous suggérons un
lexique et un vocabulaire structurel
dans le discours architectural.
Ce vocabulaire, chargé d’une
formalisation artistique, se compare
à la poésie dans la mesure où
il représente une expression
intelligente des mots avec des
significations directes ou figuratives.
La poésie de la structure se distingue
comme une utilisation significative et
symbolique du vocabulaire structurel,
transformant celui-ci en un langage
architectural dont l’expression tend
potentiellement à satisfaire et à
captiver l’oeil, tout comme la poésie
classique qui cherche à plaire par la
maîtrise artistique des mots et de
leur arrangement. Afin d’appliquer
ce langage relatif à la structure
dans un contexte architectural, la
poésie de la structure cherche à
créer une expérience harmonieuse
et intellectuelle qui suscite l’intérêt
et l’appréciation de ceux qui la
contemplent. En parallèle, le poète
anglais Samuel Coleridge (1772-1834)
a décrit la poésie comme:
«Les meilleurs mots dans leur meilleur
ordre»
Un poème n’est rien de plus qu’un
agencement de mots. Ce qui fait, un
poète choisit des mots spécifiques
au sein de certaines strophes et
les combine pour créer un poème
significatif. En tant que parties
individuelles, les mots ne sont pas
aussi puissants que le sentiment
ou l’idée qu’ils expriment dans leur
ensemble. Tout comme un poète
commence avec une pensée ou
une motivation, un concepteur
commence avec un besoin ou une
intention. Le défi réside dans la
traduction de cette idée en une
réalité physique.
Pour atteindre la meilleure
expression dans la concrétisation
physique du concept, il est important
d’établir une organisation à chaque
niveau, du concept global à la
connexion la plus spécifique. Ce
qui exige une certaine hiérarchie
dans la conception, similaire à celle
d’un poème. En premier lieu, il y a la
134

La structure comme langage architectural
structure générale, qui exprime un
style distinct et répond aux besoins
spécifiques d’un projet, à l’image du
vers d’un poème. Ensuite, les soussystèmes
de la structure définissent
un cadre organisé, comparable à la
grammaire. Enfin, des éléments tels
que les membres, les connexions
et les matériaux forment les
composants de base, analogues
aux mots d’un poème. La hiérarchie
représente avant tout l’importance
relative des éléments constitutifs
du système structurel. Ce qui peut
découler directement des charges,
mais elle peut également résulter
d’aspects plus subjectifs.
Le langage structurel global du
bâtiment Renault à Swindon, au
Royaume-Uni, peut être considéré
comme un cadre poteau-poutre car
sa structure de base est rectiligne.
Les connexions entre les poutres
et les colonnes sont rigides ce qui
fournit une certaine continuité
structurelle. Cela signifie que les
éléments horizontaux et verticaux
sont soumis à la fois à des forces
de traction et de flexion dues aux
charges gravitationnelles. Par contre,
cette structure a une expression
structurelle amélioré dans le cadre
des structures semi-forme-active,
ce qui veut dire qu’elle n’atteint
pas pleinement l’efficacité d’une
structure entièrement forme-active.
Pour améliorer cette efficacité, les
profils des éléments horizontaux ont
été ajustés. Ils sont composés d’une
combinaison d’une barre et d’une
section en forme de I, où la barre
supporte la traction et la section en
I supporte la compression. En plus,
des trous circulaires ont été percés
dans certains éléments pour réduire
le poids et renforcer la performance
Fig.158:Le bâtiment Renault
à Swindon, au Royaume-Uni
par Foster Associates (Source
Wikipédia, https://fr.wikipedia.
org/, 17/10/2024)
135

La structure comme langage architectural
structurelle.
La structure de ce bâtiment est
l’élément qui détermine l’identité
de son architecture, cette dernière
vise à véhiculer l’image d’une
entreprise qui s’engage fermement
pour un design de qualité et qui
occupe une position de leader dans
le domaine technologique. Bien que
le bâtiment soit élégant et chargé
de symbolisme, il ne résiste pas bien
à l’examen technique. En effet, il
est construit autour d’un cadre en
acier qui soutient une enveloppe
sans fonction structurelle. La
plupart de ces choix ne semblent
pas être justifiés sachant que les
portées sont relativement courtes.
En réalité, cette structure est
beaucoup plus complexe et coûteuse
que nécessaire. Car un agencement
de portiques plus conventionnel
aurait été plus économique. En
revanche, le choix de la structure
plus coûteuse a été fait sur la base
de la volonté du client qui cherchait
une structure spectaculaire pour des
raisons esthétiques et symbolique
correspondant mieux à l’image de
sa marque. Cette approche rentre
dans notre troisième aspect de
l’intégration de la structure dans le
langage architectural d’une manière
qui priorise la dimension symbolique
sur l’optimisation structurelle,
Par exemple le bâtiment Le Llyod
à Londres, conçu par les mêmes
architectes que ceux du Centre
Pompidou (Richard Rogers et
Partners en tant qu’architectes
et Ove Arup et Partners en tant
qu’ingénieurs structurels), illustre
cette dynamique. Il s’agit d’un
immeuble de bureaux à plusieurs
étages avec un plan rectangulaire.
L’édifice est doté d’un atrium
Fig.159:Le Llyod building Richard
Rogers (Source: Structure
and architecture )
136

La structure comme langage architectural
central sur la plupart des niveaux
ce qui crée une configuration en
anneau rectangulaire. Les services
sont placés dans une série de
tours métalliques pour camoufler
la linéarité du bâtiment, tandis que
des conduits externes entourent
le bâtiment comme les tentacules
d’une pieuvre.
La structure en béton armé,
composée de poutres et de colonnes,
soutient le noyau rectangulaire
du bâtiment. Cependant, cette
disposition pose des problèmes
techniques, car les colonnes sont
situées à l’extérieur du périmètre
des structures de plancher, cela
augmente l’excentricité de la
charge sur les colonnes, ce qui
est structurellement indésirable.
Malgré ces défis, les architectes ont
privilégié la lisibilité en articulant
les différentes parties comme
des éléments distincts, ce qui a
abouti à des planchers connectés
aux colonnes par des consoles en
béton préfabriqué élaborées. Cette
approche, bien que visuellement
intéressante dans le sens où elle
introduise tout un style architectural
«hight-tech», a sacrifié l’efficacité
structurelle. Nous en déduisons que
les bâtiments avec des structures
exposées peuvent sembler
remarquables sur le plan visuel, mais
ils ne représentent pas toujours des
solutions optimisées, Ils peuvent
manifester des défauts techniques
qui remettent en question
l’équilibre entre l’esthétique et la
fonctionnalité.
Le stade nationale de Pékin est
composé de deux systèmes
structurels indépendants et
autoportants, un bol intérieur en
béton armé avec trois niveaux de
Fig.160:Baumschulenweg Crematorium.(Source:
Archdaily,
17/10/2024)
137

La structure comme langage architectural
gradins inclinés, et la structure
périphérique de la toiture en
acier. La structure du bol est
elle-même divisée en 6 parties
avec un espacement de 200 mm
pour permettre les mouvements
sismiques et thermiques, et
constituée d’une ossature de
poutres et de colonnes. Quant au
deuxième système périphérique,
il enveloppe l’extérieur du stade
et supporte la toiture en porte-àfaux.
Malgré l’apparence chaotique
de l’arrangement des éléments
en acier, la structure suit une
logique structurelle plus simple,
composée d’une série de portiques
de treillis qui se supportent
mutuellement autour de la forme
ovale du stade. Cette structure est
interprétée architecturalement
comme une imitation de la forme
d’un nid d’oiseaux. Un autre détail
qui accentue l’enrichissement
du symbolisme de la structure
est l’absence de toute forme
de hiérarchie de la force, tous
les éléments indépendamment
de leur importance dans le
système structurel, ont la même
épaisseur. Ainsi, chaque membre
de la structure, qu’il soit primaire,
secondaire ou tertiaire, présente les
mêmes dimensions, . Cette stratégie
de détail est appliquée de manière
similaire aux joints structurels pour
cacher aussi la nature des matériaux,
ce qui crée une ambiguïté qui enrichit
notre expérience de la structure.
Cette attention rigoureuse aux
détails a uni avec succès l’apparence
des deux systèmes structurels et
matériaux différents.
Le système constitué d’un réseau
de poteaux-poutres inclinés rappelle
le deuxième système structurel
Fig.161:Le stade nationale de
Pékin «nid d’oiseau» (Source:
Structure as architecture)
138

La structure comme langage architectural
qui enveloppe l’extérieur du stade
et supporte un porte-à-faux de 40
mètres. Quant à lui, il est constitué
d’un réseau chaotique de membres
en acier avec la même épaisseur.
La structure du Stade national de
Beijing, construite pour les Jeux
olympiques de 2008, comprend
six segments indépendants
pour permettre les mouvements
sismiques et thermiques. Les charges
latérales sont principalement
absorbés par les murs structurels.
Le toit est soutenu par une structure
en acier périphérique, qui malgré
son apparence désordonné révèle
une solution conceptuellement
simple une fois analysée. Des
cadres portiques symétriquement
positionnés soutiennent l’ensemble
du toit, et offrent une résistance
suffisante aux forces sismiques.
Bien que la configuration structurelle
puisse sembler irrationnelle, elle
est conçue pour répondre à des
critères de conception qui priorisent
le fonctionnement spatial et
l’interprétation visuelle.
L’architecture symétrique et
horizontale du crématorium crée
une incertitude sur son échelle.
La structure, composée de murs
porteurs , est divisée en trois
parties par des fentes dans le toit
qui abritent chapelles et salles
de condoléances. Les colonnes
dispersées à l’intérieur inspire
une forêt sacrément éclairée,
invitant les visiteurs à errer. Les
grandes colonnes devant la chapelle
principale fournissent un lieu de
consolation qui rappelle la fragilité
humaine tout en inspirant le respect
et le réconfort.
L’un des précurseur de cette
méthode de conception qui cherche
Fig.163:Croquis pour le projet
«Turning Torso», 1995, 450
x 370 mm source :Pensée
constructive d’un architecte)
Fig.162:«The Bird», 1986,
laiton plaqué or et granit noir,
88 x 22 x 45 cm (source :Photo
de Matt Feldman )
139

La structure comme langage architectural
le symbolisme des structures est
l’architecte et ingénieur Santiago
Calatrava, il est reconnu pour
son talent unique à fusionner
l’architecture, l’ingénierie et l’art
dans des œuvres expressives et
harmonieuses. Sa double formation
en architecture et ingénierie
influence profondément ses
démarches de conception qui
combinent intérêts artistiques
et techniques dans ses projets.
Calatrava trouve son inspiration
dans les arts, notamment le dessin
et la sculpture, pour explorer les
formes génératrices de ses projets.
Il s’inspire de la nature et du
mouvement, avec une fascination
particulière pour la dynamique du
corps humain, c’est pour cette raison
qu’il intègre souvent l’anatomie
humaine et la structure du corps
dans ses dessins.
Son vocabulaire artistique lui permet
de se distinguer par une signature
original qui va au-delà de la simple
technique. Comme l’a décrit Philippe
Jodidio, son œuvre est une synthèse
d’expression plastique et de mise
en valeur structurelle. Il intègre des
formes anthropomorphiques et
aspire la dynamique de mouvement.
En tant qu’architecte et ingénieur,
Calatrava n’accorde pas d’importance
particulière aux rôles distincts de ces
titres. Selon lui :
« L’ingénieur est un architecte qui
construit pour que ça tienne, et l’architecte
est un ingénieur qui conçoit pour
que ça inspire. »
Dans son livre Force, Forme et
Mouvement, Santiago Calatrava
expose ses idées par rapport la
relation intime entre l’architecture,
l’ingénierie et la nature. Il met en
valeur l’intégration harmonieuse
des formes organiques et des
Fig.164:Vue de l’Hémisphérique
ouvert (source :Pensée
constructive d’un architecte)
140

La structure comme langage architectural
dynamiques structurelles dans
ses créations. Calatrava s’inspire
souvent des formes naturelles
comme le corps humain, les ailes et
les os pour concevoir des éléments
architecturaux. Il considère la
conception structurelle comme un
instrument d’une démarche plastique
de l’architecture qui exprime la force
d’une manière métaphorique et
inspire le sentiment de mouvement,
même dans des structures statiques.
Ses inspirations sont largement
motivées par son étude de
l’anatomie et des mécanismes des
organismes vivants, ce qui donne
à ses œuvres une impression de
fluidité et de transformation. Pour
lui, l’architecture est une extension
de la nature qui fusionne la forme
avec la fonction de manière à
créer des structures à la fois
attrayantes visuellement et solides
structurellement
Santiago Calatrava, bien avant
le début de sa carrière, s’est
intéressé au mouvement appliqué
à la structure pendant ses études
doctorales en ingénierie. Sa thèse
explorait la capacité d’une structure
à se transformer et à se plier de
manière complexe. Cette vision
innovante offre une nouvelle
approche conceptuelle fondée sur
le mouvement et le dynamisme, ce
qui permet au bâtiment de prendre
n’importe quelle forme grâce à un
mécanisme simple. Son travail sur
la conception de ponts, comme le
pont Alamillo à Séville, illustre cette
intégration du dynamisme dans des
éléments statiques, ce qui influence
l’expérience en sein d’un paysage
urbain d’une façon iconique.
Par exemple, la gare de Lyon-
Saint-Exupéry illustre clairement
Fig.165:Espace servant autour
du planétarium (source :Pensée
constructive d’un architecte)
141

La structure comme langage architectural
l’approche plastique dans la
conception structurelle, Les
éléments structuraux sont organisés
en fonction du flux de circulation des
usagers, avec des colonnes en béton
qui interpellent le mouvement des
ailes d’un oiseau. Le toit en vertèbres
d’acier permet d’illuminer l’intérieur
grâce à des panneaux vitrés.
La pensée constructive de Calatrava
s’appuie sur son travail conceptuel
dans les arts. La structure et la
matérialité, conçues pour chercher
des significations dans les formes
architecturales, La Cité des Arts
et des sciences de Valence est un
complexe conçu pour être un centre
d’échanges et de diffusion artistique
et scientifique pour la communauté
de Valence. Proposé par Joan Lerma
dans les années 1980, le projet avait
pour objectif de renforcer l’image
de Valence à l’international. Après
un concours en 1991, la proposition
de Santiago Calatrava, un natif
de Valence, est sélectionnée. Son
design comprenait un planétarium,
un musée des sciences et une
tour de télécommunication de 327
mètres. Ces trois bâtiments devaient
s’organiser autour d’un chemin
piétonnier central.
Cependant, le projet a provoqué
plusieurs critiques en raison de son
extravagance et de ses coûts «pas
nécessairement» élevés. En 1996,
un changement de parti politique
au pouvoir municipal a entraîné
des modifications, remplaçant la
tour de télécommunication par le
« Palacio de las Artes », un centre
de la musique. L’Hémisphérique, le
premier bâtiment réalisé, a ouvert
en 1998, suivi du, Musée des sciences
en 2000, de l’Umbracle en 2001
et du Palais des Arts en 2003, la
silhouette globale du bâtiment
représente clairement une démarche
d’un sculpteur fasciné par le corps
humain, l’Hémisphérique s’est inspiré
de l’œil ouvert et les détails de la
structure se basent sur une imitation
rigoureuse des os, l’intérieur du
bâtiment manifeste une rencontre
douce entre la lumière et la structure
vue ses formes spectaculaires ce
qui crée un atmosphère sur-réelle
et une expérience exceptionnelle de
l’architecture.
Si nous nous avons approfondi
sur la démarche conceptuelle des
structure de Calatrava c’est parce
qu’elle illustre parfaitement une
méthode basée sur le symbolisme
de la structure plutôt que
l’optimisation.
Bien qu’elle soit largement critiquée
vue son exagération au niveau de
l’échelle, de la forme, et du coût, elle
constitue une manière de créer une
architecture iconique qui marque le
paysage urbain .
142

La structure comme langage architectural
Partie III .
LA STRUCTURE COMME LANGAGE ARCHITECTURAL
143

La structure comme langage architectural
Introduction :
La structure, selon toutes ces typologies et dans ses multiples aspects
élémentaires, linéaires et planaires, peut être décrite en termes de fréquence,
de motif, de simplicité, de régularité, d’aléatoire et de complexité. Tous
comme nous avons l’habitude de faire dans la théorie de l’architecture dans
laquelle nous définissons les principes de la conception architecturale dans
des concepts tels que le rythme et le désordre, la symétrie et l’asymétrie, la
proportion et la disproportion...
La structure peut être articulée de manière à créer la lecture architecturale
souhaitée si elle est considérée comme un élément intégré de l’architecture.
Elle peut également identifier l’architecture en définissant d’une part, la
manière de la disposition des espaces étant donné que le choix de la structure
influence profondément la liberté et la flexibilité des espaces intérieurs,
et d’autre part, en permettant les éléments structurels de participer dans
l’expression visuelle de l’architecture.
Il est vrai que cette attitude positive peut sembler utopique et irréaliste,
mais c’est une impression souvent due à notre expérience quotidienne de
la structure, qui peut être décrite comme peu mémorable dans une grande
partie de notre environnement. La structure est souvent soit cachée soit
insignifiante. Des panneaux de façade opaques ou des vitres miroir cachent
fréquemment la structure.
En revanche, et comme nous avons vu jusqu’à maintenant, il existe
suffisamment de bons exemples où la structure contribue activement à la
qualité architecturale et prouve son potentiel dans le domaine architectural
en l’explorant au-delà de la simple nécessité physique. Juste parce que
la structure est essentielle pour rendre la conception architecturale
constructible en fournissant la stabilité, la force et la rigidité nécessaires, elle
n’a pas à être muette sur le plan architectural. Au contraire, elle peut parler
à haute voix et être entendue, Nous pouvons même la considérer comme un
livre qui attend d’être lu par les architectes, du moment qu’elle est en mesure
de contribuer à la signification et à la richesse architecturale, et de même
servir comme l’élément qui décide de l’identité globale de l’architecture.
Nous parlons beaucoup de la structure en tant que langage architectural
sans autant saisir ce que cela signifie réellement pour un architecte. Il s’agit
moins d’une science que d’une interprétation similaire à celle que font les
lecteurs de poésie. Nous cherchons à lire la structure comme un langage
qui parle et communique, et à interpréter son vocabulaire au-delà de ses
utilisations utilitaires, tout comme les mots qui sont utilisés en poésie pour
suggérer des significations plus profondes et métaphoriques. Ainsi, la lecture
des structures peut consister en une analyse des rôles de ses éléments
dans le plan architectural. En effet, cette lecture peut être très subjective
et varier d’une personne à l’autre. De plus, la manière dont les architectes
lisent les structures diffère fondamentalement de celle des ingénieurs, qui
les voient uniquement comme des chemins pour les forces.
144

La structure comme langage architectural
Chapitre VIII.La structure comme
langage architectural
Forme et enveloppe
En effet si nous partons des
éléments de base de la forme, du
point, de la ligne, de la surface et
du volume, il sera très facile de
remarquer que c’est la force qui
permet la transition d’une dimension
à l’autre, comme l’a décrit le peintre
allemand Paul Klee dans son livre
«The Thinking Eye: The Notebooks of
Paul Klee» :
«Toute forme picturale commence avec
le point qui se met en mouvement...
Le point se déplace... Et la ligne prend
forme — la première dimension. Si la
ligne se déplace pour former un plan,
nous obtenons un élément bidimensionnel.
Dans le mouvement du plan à
l’espace, la rencontre des plans donne
naissance à un volume (tridimensionnel)...
Un résumé des énergies cinétiques
qui transforment le point en
ligne, la ligne en plan, et le plan en dimension
spatiale.»
En architecture, c’est très habituel
d’analyser les formes selon
leur nature, ponctuelle, linéaire,
surfacique ou spatiale, cependant,
en général ces éléments ne sont
qu’un résultat de sa structure
qu’elle soit cachée ou non, les points
peuvent être décrits comme une
section d’un élément structurel
linéaire comme les poutres et les
poteaux , ils peuvent aussi définir les
jonctions et les assemblages entres
les composantes structurelles. De
Croquis : (Source : Architecture:
forme, espace et ordre)
Fig.166:Country House en
brique,1923,par Mies van der
Rohe (Source : Architecture:
forme, espace et ordre)
145

La structure comme langage architectural
même un mur, avant de représenter
une surface solide, Il n’est qu’une
série de colonnes qui suivent
un rythme logique dicté par la
distribution des charges, tout
comme un espace peut être définit
par des murs porteurs qui marquent
la transition entre une surface et
un volume à travers la configuration
orthogonale nécessaire pour assurer
la stabilités des murs. Comme déjà
mentionné (voir chapitre : typologies
du vocabulaire structurel)
Le bâtiment résidentiel «Brick
Country House» de Mies Van
Der Rohe montre comment une
organisation perpendiculaire de
murs discontinues est capable de
créer des espaces bien délimités
sans que autant les fermer,
Au niveau de la structure, un mur
ne doit pas être isolé parce que cela
signifie un besoin augmenté dans
son épaisseur, la chose qui rend les
murs toujours associés à la notion
d’espace même avec une simple
configuration en «T» ou en «L», cela
est suffisant pour créer un espace qui
est perçu plus psychologiquement
que géométriquement.
L’élaboration d’un volume est aussi
possible par la succession des
éléments structurels le long d’un
axe comme le cas de la structure
en portique (Fig.167) même si un
portique n’est pas vraiment une
surface solide, il constitue un plan
du à l’intersection de deux éléments
linéaires.
La forme architecturale peut
être décrite par un ensemble de
caractéristiques:
- La géométrie qui définit les bords
et les limites de la forme et constitue
son aspect principale et qui
détermine son identité, En structure
Croquis : (Source : Architecture:
forme, espace et ordre)
Fig.167:Usine de Modern Art
Glass Limited, Thamesmead,
Londres, 1973; par Foster
Associates et Anthony Hunt
(source:Structure et architecture )
146

La structure comme langage architectural
la géométrie est importante pour
connaître la nature des contraintes
appliquées.
- La taille est déterminé par les
dimensions physiques des éléments,
largeur, profondeur et hauteur, elle
définit la proportion et l’échelle de la
forme en comparaison avec d’autres
objets dans le même contexte.
Dans une lecture architecturale, la
structure exposée peut faciliter la
lecture de la taille en analysant leurs
proportions ainsi que la distribution
des éléments structuraux en
fonction des étages.
- La couleur et la texture sont des
aspects largement associés à la
matérialité de l’architecture, cette
fois ci, c’est la texture de la forme
architecturale qui peut dévoiler la
nature de la structure surtout dans
le cas des structures apparentes
ou la matière de l’architecture est la
même que celle de la structure.
- La position: ne peut pas être
déterminée d’une manière absolue
ce qui rend la structure plus ou moi
insignifiante dans la lecture de la
position de la forme par rapport à son
contexte, c’est une valeur purement
spatiale.
- Orientation : elle aussi, est
largement relative à la perspective
et le point de vue de l’observateur
qui détermine cette valeur selon son
positionnement par rapport à l’objet .
- L’inertie visuelle : c’est un terme qui
signifie l’équilibre visuel d’une forme,
cet équilibre est souvent lié au
sentiment de stabilité d’une forme
qui associe le centre géométrique
avec son centre gravitationnelle, une
forme mal orientée par rapport à un
repère horizontal peut être considéré
comme déséquilibré visuellement.
En structure l’équilibre visuelle
est seulement important si nous
avons des objets avec une densité
et un poids volumique uniforme,
parfois, le déséquilibre visuelle est
une expression souhaité en créant
un contraste entre la stabilité
Fig.168:les 7 caractéristiques
d’une forme respectivement:
géométrie,
taille, couleur, texture,
positionnent, orientation et
inertie
Fig.169:La cathédrale
Sainte-Marie de l’Assomption
1853-1854
San Francisco Californien
USA, par Pietro Belluschi and
Pier Luigi Nervi
147

La structure comme langage architectural
structurelle et formelle.
L’enveloppe architecturale est
principalement un volume qui
constitue une combinaison
rigoureuse d’éléments primaires
de la forme. Parfois ce volume
peut être établi à partir qu’une
seule surface courbée étant donné
qu’elle n’appartient pas au même
plan, La cathédrale Sainte-Marie
de l’Assomption conçu par Pietro
Belluschi et Pier Luigi Nervi est un
exemple remarquable de la formation
d’un volume fermé au moyen qu’à de
deux surfaces hyperboloïdes.
Nous avons l’habitude de séparer
entre l’enveloppe architecturale
et l’ossature structurelle pour
distinguer entre la structure et
l’architecture, en revanche, en
approfondissant sur le processus
de la formation d’un volume
architectural au travers de ses
éléments conceptuelles nous
allons comprendre que la relation
entre la logique géométrique et
structurelle est beaucoup plus
profonde, ce qui signifie qu’un
enveloppe architectural ne cache pas
nécessairement la structure comme
c’est le cas de l’auditoire Paul Emile
Janson 1956 dont la toiture forme
une double courbure en selle de
cheval qui est stabilisée par deux
réseaux de câbles, l’un porteur,
l’autre tenseur, et se croisent
orthogonalement. L’ensemble
est soutenu par deux grands arcs
obliques adossés à un terrain en
pente, c’est le même principe utilisé
dans le patinoire de l’université
de Yale conçu par Eero Saarinen,
sa toiture est constituée d’une
grande arche en forme de baleine en
béton armé qui supporte les câbles
tendues , ces câbles permettent
de soutenir la toiture avec un
minimum d’effort puisqu’ils sont
uniquement soumis à la traction.
Fig.170:Auditoire Paul Emile
Janson, 1956 ,Bruxelles par
l’architecte Van Goethem,et
l’ingénieur Paul Moenaert
(Source : Comment ça tient)
Fig.171:La Baleine de Yale,
1958 patinoire de l’université
de Yale; New Haven, Etats-
Unis par Eero Saarinen
148

La structure comme langage architectural
Ordre et structure
Axe et symétrie
En théorie de l’architecture,
l’ordre est le principe selon lequel
les éléments sont organisés et
structurés au sein d’une composition
architecturale. Ce concept, qui
remonte à l’architecture classique,
visait à établir les règles d’une
composition harmonieuse. L’axe
peut être considéré comme la
première règle qui décrit une
structure architecturale : il s’agit
d’une ligne tracée par deux points
dans l’espace autour de laquelle
les formes peuvent être agencées
de manière symétrique et/ou
équilibrée. Cet axe induit une
sensation de mouvement le long
d’un parcours linéaire, ce qui explique
son rôle central en urbanisme,
où il organise le développement
autour d’un réseau viaire.
En ce qui concerne les structures,
seules les coques peuvent, par leur
forme brute, générer un volume
tridimensionnel. Les autres formes
structurelles, telles que les treillis,
portiques, arcs et câbles, sont
généralement développées à partir
de conceptions bidimensionnelles.
Cela impose la nécessité d’une
troisième dimension : la génération
d’une forme structurelle surfacique
pour créer un espace peut s’effectuer
à travers des transformations
comme la rotation et la translation,
des processus qui consistent à se
faire mouvoir une forme de basele
long ou autour d’un axe. Cela signifie
que l’axe est quasiment omniprésent
dans la conception structurelle,
même si la structure elle-même
n’est pas symétrique. L’axe n’est
pas toujours linéaire, comme en
témoigne la gare de Waterloo,
dont la structure est formée par
un treillis articulé le long d’un axe
courbe suivant le tracé du chemin
de fer, intégrant harmonieusement
la forme architecturale, la
Waterloo International
railway station,London Uk 1992
par l’architecte : Nicholas
Grimshaw et l’ingénieur : Sir
Alexander Gibb & Partners;
(source : Architectuul,
17/10/2024)
149

La structure comme langage architectural
fonction de mobilité et la logique
structurelle, tout en évoquant
clairement l’idée de mouvement.
Cette configuration permet une
lecture claire de l’architecture et de
la structure, même à travers une
simple coupe transversale, car celleci
est un élément fondamental de
la conception globale. Elle facilite
également l’étude des charges et
simplifie la conception, car il suffit
d’analyser les charges au niveau de
la section pour les déduire dans le
cas de charges uniformes.
Pour les structures générées par
rotation, l’axe est souvent vertical.
L’axe peut aussi servir de repère
de symétrie, un principe très
répandu en conception structurelle,
car il garantit un équilibre à
la fois visuel et structurel. La
symétrie combine de manière
efficace l’efficience structurelle
et l’équilibre architectural, même
si elle est devenue moins prisée
dans l’architecture contemporaine.
Cela dit, il est intéressant de
noter qu’un équilibre visuel ne
repose pas nécessairement sur la
symétrie. Il peut être obtenu grâce
à plusieurs principes simultanément,
rendant l’identification de l’axe
moins évidente, surtout lorsque la
conception repose sur l’intuition ou
la vision artistique du concepteur.
Bien que de nombreux exemples
existent pour illustrer l’utilisation
de la symétrie en architecture et en
ingénierie structurelle, le bâtiment
conçu par Richard Rogers, le centre
PA Technologie (Fig.173), en constitue
une parfaite illustration. Ce bâtiment
présente un axe de symétrie dans
sa conception surfacique, avec une
structure triangulaire renforcée
par des câbles soutenant la toiture,
mais aussi un axe autour duquel la
structure se déploie pour former des
espaces linéaires.
Fig.172:Centre PA Technologie
, Princeton, NJ par l’architecte:Richard
Rogers &Partners, et
l’ingénieur Ove Arup &Partners,
Engineers, 1984 (Source: PA
center web, 17/10/2024)
150

La structure comme langage architectural
Rythme et répétition
Le rythme décrit un mouvement
unifié et est caractérisé par une
répétition formelle, qu’elle soit
régulière ou irrégulière. Il peut
représenter un motif ou une
alternance qui impose une certaine
organisation. c’est un instrument
de la composition formelle mais
aussi structurelle, puisque les
composantes de la structure ont une
nature répétitive. Comme l’a décrit
Francis D.K. Ching dans son livre
Architecture : Forme, Espace et Ordre
« Presque tous les types de bâtiments
intègrent des éléments qui, par leur
nature, sont répétitifs. Les poutres
et les colonnes se répètent pour former
des travées structurelles et des
modules d’espace répétitifs. Les fenêtres
et les portes perforent de manière
répétée les surfaces d’un bâtiment
pour permettre à la lumière... »
Si nous examinons les exemples que
nous avons déjà vus, nous constatons
souvent que les éléments structurels
sont répétés pour créer des volumes
tridimensionnels, comme c’est le cas
de l’aéroport de Washington, où des
poutres inclinées sont répétées pour
soutenir des câbles qui forment la
structure de la toiture. La plupart
du temps, les ingénieurs cherchent
une répétition régulière qui suit une
certaine grille structurelle, ce qui
facilite l’étude de la répartition des
charges. Cependant, des architectes
comme Rudy Ricciotti cherchent
une répétition désordonnée pour
créer une impression architecturale
forte et inhabituelle, comme dans
un bâtiment composé de poteaux
et de poutres inclinés de manière
chaotique, représentant un autre
type de rythme, plutôt irrégulier.
Le rythme est une notion très
présente dans la conception
structurelle parce qu’il incorpore
le schéma naturel avec laquelle
les forces fonctionnent. Si la
formalisation de la forme suit la
force il est courant de retrouver
des rythmes et des motifs bien
déterminés. Les travaux de
l’ingénieur Pier Luigi Nervi en sont
une preuve. Dans ses projets de
hangars d’aviation, la façon dont
varient graduellement les dimensions
et orientations des motifs des
caissons exprime la manière avec la
quelle la force est conduite vers les
fondations.
Fig.173:Aéroport international
de Washington inauguré en
1962 (source : Comment ça
tient)
Fig.174:Centre national de
chorégraphie 1999-2006
France, par Rudy Riccioti
Fig.175:Hangar, Design I,
1935, Pier Luigi Nervi. (Source :
Architecture: forme, espace et
ordre)
151

La structure comme langage architectural
Échelle et proportion
Les proportions des éléments
structurels représentent une
indication visuelle sur le rôle
qu’ils jouent et les propriétés des
matériaux qui les constituent. Les
forces gravitationnelles augmentent
avec la taille, ce qui nécessite une
section plus grande. La relation entre
la longueur et l’aire de la section doit
être soigneusement étudiée pour
résister aux contraintes de flexion
et de flambement qui s’amplifient
progressivement avec la taille.
Chaque matériau se caractérise par
des propriétés spécifiques en termes
d’élasticité, dureté et résistance, ce
qui rend les proportions demandées
différentes en fonction du matériau
de construction. Les dimensions
d’un mur porteur en maçonnerie, par
exemple, ont une nature volumique
puisque les briques et les pierres
sont fortes en compression et
faibles en tension et en flexion, et
dépendent de leur masse pour une
bonne résistance. D’un autre côté, les
éléments en acier tendent à avoir des
dimensions beaucoup plus linéaires,
et peuvent être utilisés dans les
deux situations, de compression et
de tension. Cela dit, les éléments de
structure constituent un système
d’échelle en soi. Les poutres et les
colonnes créent un cadre structurel
qui détermine des modules d’espace.
Par leurs dimensions et leurs
proportions, ils délimitent l’espace
en fournissant une échelle et une
structure hiérarchique. Comme
une structure dépend plus de sa
géométrie pour sa stabilité que sur
le poids et la rigidité, à l’instar des
structures à résistance de forme,
ses éléments sont de plus en plus
fins jusqu’à ce qu’ils perdent leur
capacité à donner une échelle et
une dimension à l’espace. Ainsi, les
structures tendues se caractérisent
par une discontinuité spatiale
créée par des câbles qui sont
très fins pour délimiter l’espace.
En architecture, la notion de
proportion sert à maîtriser l’harmonie
et la cohérence de la composition
architecturale.
Dans la conception architecturale,
il y a des paramètres qui sont
donnés en fonction de la fabrication
des matériaux, la structure, la
fonctionnalité spatiale... etc, Mais
d’autres paramètres sont laissés
au concepteur pour décider, ce qui
a donné naissance à un ensemble
de systèmes de proportions autres
que la structure, pour créer des
lignes régulatrices qui assurent la
continuité, la rigueur et le rythme
et unifient une composante avec
l’ensemble. Comme nous l’avons
vu lors de l’analyse structurelle
du Parthéon grec, la relation
entre la hauteur et l’épaisseur
des colonnes a été bien étudiée.
Elles sont pensées pour être plus
courtes et plus épaisses pour
renforcer leur résistance contre le
flambement. Cette relation a été
figée par les ordres classiques.
Cependant, la largeur de sa façade
Fig.176:Ce schéma montre
la relation entre la proportion
et la performance structurelle
d’une poutre (Source : Architecture:
forme, espace et ordre)
Fig.177:La relation entre la
hauteur et la section des colonnes
des ordres classiques
Fig.178:Comment les éléments
de structure définissent l’espace
selon leur échelle et proportion
(Source : Architecture: forme,
espace et ordre)
152

La structure comme langage architectural
et la distance entre ces composants
ont été basées sur une méthode
géométrique qui, selon la théorie
d’architecture classique, détermine
les proportions de la beauté et de
l’harmonie naturelle.
« Les systèmes de proportion vont au-delà
des déterminants fonctionnels et techniques
de la forme architecturale et de l’espace pour
fournir une justification esthétique à leurs
dimensions. Ils peuvent visuellement unifier
la multiplicité des éléments dans un design
architectural en faisant en sorte que toutes
ses parties appartiennent à la même famille
de proportions. Ils peuvent également offrir
un sens de l’ordre et renforcer la continuité
d’une séquence d’espaces. Ils peuvent établir
des relations entre les éléments extérieurs et
intérieurs d’un bâtiment. Un certain nombre
de théories des proportions « désirables »
ont été développées au cours de l’histoire.
L’idée d’élaborer un système de design et de
communiquer ses moyens est commune à
toutes les périodes. Bien que le système actuel
varie d’une époque à l’autre, les principes
impliqués et leur valeur pour le designer
demeurent les mêmes. » FRANCIS D.K. CHING
En théorie d’architecture, on a
développé d’autres types d’échelle
comme les proportions musicales,
le nombre plastique, le Modulor
du Corbusier, l’échelle humaine...
qui visent à créer des proportions
propres à la façon dont l’homme
s’approprie l’espace, tout en assurant
d’une part des espaces pratiques,
ergonomiques et confortables. Et
d’autre part, il incarne les ratios
mathématiques d’harmonie et de
beauté utilisés par les civilisations
précédentes. Cette notion a
été renforcée davantage dans
l’architecture moderne, qui puise
ses valeurs de la fonctionnalité pure.
L’échelle humaine, mise à part
son implication dans la conception
des espaces en termes de leurs
fonctions, constitue un repère
visuel de l’échelle des bâtiments
en contraste avec l’échelle
monumentale. Nous avons examiné
comment la structure, notamment
les structures à résistance de
forme « structures actives »,
permet de créer des bâtiments
emblématiques au point de les
élever à la grandeur des œuvres
d’architecture monumentale, qui
contribuent à l’image et à l’identité
de la ville. L’aspect monumental
se manifeste souvent par le choix
de grandes portées ou de grandes
hauteurs pour ces édifices.
L’approche structurelle assure la
grandeur, la durabilité et la stabilité
de ces bâtiments. Cependant,
d’un point de vue architectural,
ces édifices, qui sont visuellement
imposants même à une distance
considérable au sein de la ville,
deviennent une partie intégrante
du paysage urbain. Ils gagnent ainsi
une importance exceptionnelle en
tant que symboles de la ville et
d’icônes urbaines. À titre d’exemple,
la tour Eiffel est devenue une image
associée à Paris. En considérant
leurs tailles spectaculaires, ce
genre d’édifices doit présenter une
expression visuelle harmonieuse,
d’où l’importance de la convergence
entre l’approche architecturale et
structurelle. Les préoccupations
esthétiques revêtent une
importance égale à celle des
solutions ingénieuses qui visent à
assurer la résistance.
Fig.179:La conception géométrique
du Panthéon
Fig.180:Le bâtiment John
Hancock est un exemple de
l’implication de la structure
dans l’architecture monumentale
à cause de sa hauteur 344
mètres avec 100 étages, conçu
par SOM, 1969.USA
153

La structure comme langage architectural
Hiérarchie
La hiérarchie est une valeur qui
permet une lecture architecturale
claire en organisant les
composantes selon leur taille,
forme, positionnement, couleur, et
d’autres aspects. En structure, la
taille de chaque élément indique
l’importance de son rôle et la nature
des contraintes qu’il supporte. La
hiérarchie structurelle est souvent
présente lors de l’optimisation,
qui vise à minimiser la quantité
de matériaux en fonction de leur
implication dans le fonctionnement
de la structure. Dans une même
construction, plusieurs niveaux
d’importance et d’échelle sont
attribués à chaque groupe
d’éléments structurels. Par exemple,
dans une structure en treillis, les
poutres longitudinales auront des
dimensions plus importantes, à
tel point qu’elles peuvent prendre
l’échelle du bâtiment et définir
sa forme globale, tandis que les
poutres transversales, avec une
portée réduite, sont constituées
de segments plus petits et
appartiennent à un niveau inférieur.
La hiérarchie structurelle se
manifeste également dans les
relations entre ces niveaux. Dans un
système de structure à ossature,
les poutres principales supportent
des poutres secondaires, qui, à leur
tour, soutiennent des éléments
encore plus petits comme les solives.
La hiérarchie peut également être
imposée par le type de matériaux
utilisés. Par exemple, la valeur
structurelle d’un élément peut être
soulignée en utilisant des matériaux
plus massifs et solides, tandis que
des matériaux plus légers seront
attribués aux éléments secondaires.
Cette méthode suit d’une part un
raisonnement structurel logique
et d’autre part, elle contribue à
la lisibilité de la structure dans la
composition architecturale.
La signification d’une composante
est parfois accentuée par
l’utilisation de formes et de couleurs
particulières, différenciées du reste
de l’ossature, comme dans le cas des
poteaux en Y jaunes de l’aéroport de
Madrid. Ici, la conception insère une
hiérarchie structurelle qui commence
par ces poteaux, puis s’étend aux
petites barres qui composent
la toiture. L’architecture de cet
aéroport trouve son identité dans
la silhouette globale de la toiture
ondulée vue de l’extérieur et des
poteaux en Y visibles de l’intérieur.
En architecture, la hiérarchie
structurelle peut également avoir
un objectif symbolique. Par exemple,
dans une cathédrale ou un temple,
les éléments structuraux qui
supportent la nef centrale ou les
zones les plus sacrées sont souvent
plus massifs et plus sophistiqués
pour marquer leur importance par
rapport aux espaces périphériques.
Fig.181:Poteaux en Y jaunes de
l’aéroport de Madrid(Source:
Pineterest, 17/10/2024)
154

La structure comme langage architectural
Équilibre et mouvement
Nous avons l’habitude d’associer
l’équilibre, qu’il soit visuel ou
structurel, à la symétrie, dans une
image de la pondération des objets
par rapport à un axe, ce qui produit
la sensation de repos, d’inertie
et de stabilité. Mais en réalité,
l’équilibre n’implique pas la symétrie.
Deux masses inégales peuvent,
par exemple, être positionnées en
équilibre sur un balancier d’une
manière asymétrique par rapport au
point d’appui, ce qui crée un état de
repos. Cette configuration n’affecte
pas seulement l’équilibre structurel,
mais aussi visuel, ce qui signifie que
cette notion n’est pas seulement
associée à une organisation
équilibrée en termes de composants
et de proportions, mais aussi en
termes de relations spatiales entre
chaque composant, comme la
distance.
Le mouvement est donc créé, même
au niveau visuel, par l’impression de
l’absence d’équilibre, qui peut être
suggérée à travers une structure de
manière symbolique en dissociant
les paramètres visuels de ceux de
la matière. Cela est évident dans la
sculpture réalisée par l’architecte
Calatrava, fasciné par le mouvement
en architecture. Il suggère un
mouvement «escalatoire» des
objets parallélépipédiques tout
en provoquant une impression de
déséquilibre qui vient de l’asymétrie
et de la discontinuité structurelle.
Les boîtes sont placées les unes sur
les autres de sorte que leur centre
de gravité et le centre géométrique
n’ait aucun support visuel, alors que
l’équilibre structurel est assuré par
des câbles dont les forces servent
de contrepoids pour compenser la
disposition instable. L’utilisation
de câbles fins mais résistants est
pensée délibérément pour suggérer
l’insécurité de la structure dans
une optique qui peut symboliser
l’incertitude à l’égard des choses à
venir.
La conception formelle peut créer
un mouvement à travers une
transformation de la forme selon une
règle donnée, notamment la rotation,
la translation, le changement
d’orientation, d’échelle, de couleur
ou de forme, tout en suivant un
parcours de manière graduelle. Par
exemple, la tour Turning Torso manifeste
clairement le mouvement de torsion
en s’inspirant du corps humain et de
sa fluidité. D’autres œuvres du même
architecte représentent la notion de
mouvement à travers des formes
fluides comme le cas du passerelle
piétonne « The Campo Volantin»
Fig.182:L’emploi structurel de
volumes de densités différente
affecte l’équilibre visuel (Source:
Principes de Construction;
Samyn philipe)
Fig.184:Maquette de la sculpture
par Santiago Calatrava
Fig.183:Croquis pour le projet
«Turning Torso», 1995, 450
x 370 mm source :Pensée
constructive d’un architecte)
Fig.185:
La passerelle piétonne Campo
Volantín, 1997, Santiago
Calatrava
155

La structure comme langage architectural
Organisation de l’espace
Le choix de la structure et le
type d’organisation de l’espace
entretiennent une relation mutuelle
très intime. Par exemple, si nous
prenons l’exemple d’un bâtimentpont,
comme Le pavillon du Château
La Coste conçu par Richard Roger
avec un porte-à-faux en acier,
l’organisation spatiale doit être
linéaire puisqu’elle cherche à
connecter deux points. C’est une
propriété commune entre une
ligne et un pont. Il est donc très
difficile d’imaginer une organisation
radiale ou autre, ce qui signifie que
le choix de la structure influence
directement l’organisation spatiale.
Il existe d’autres aspects de cette
relation, notamment la possibilité
offerte par la structure pour un
aménagement d’espace plus libre,
flexible et ajustable, lorsqu’il est
libéré de la contrainte des poteaux,
ce qui n’était pas possible dans
le passé en raison des limitations
des formes structurelles et
des matériaux disponibles.
D’autres aspects, beaucoup
plus spécifiques, peuvent être
révélés en étudiant la structure
de manière architecturale. Par
exemple, la structure en coque
en selle de Candela dans le
restaurant Los Manantiales
, en plus d’offrir une organisation
radiale autour d’un axe vertical
central, permet une transition
fluide entre l’intérieur et l’extérieur.
Cela a été bien exploité par le
restaurant, en l’utilisant des
terrasses où les gens peuvent
boire leur café tout en appréciant
la nature, sans pour autant se
sentir à l’extérieur du bâtiment.
C’est une lecture très intéressante
au niveau architectural, car elle
offre une nouvelle perspective sur
l’utilisation des structures en se
préoccupant davantage des espaces
vécus et non seulement perçus.
Fig.186:Les différents organisations
spatiales (centrale,linière,radiale,
en groupe, et en
grille) (Source : Architecture:
forme, espace et ordre)
Fig.187:Le pavillon du Château
La Coste, galerie d’art, Richard
Roger, structure en acier en
porte-à-faux, (Image: James
Reeve, source : Wallpaper,
17/10/2024)
156

La structure comme langage architectural
Lumière et matière
Selon la perspective de Mies Van
der Rohe, l’espace architectural
est perçu par les sens, en
particulier la vue. Il considère
donc la conception architecturale
comme «l’art de positionner
et de contrôler les sources de
lumière dans l’espace». Pour lui,
les sources lumineuses englobent
non seulement les fenêtres, mais
aussi les objets éclairés, comme
les surfaces environnantes ou
d’autres éléments architecturaux y
compris les éléments structuraux.
Ainsi, la structure contribue à la
lecture architecturale en tant
que régulateur de la lumière dans
l’espace. Lorsque les constructions
murales en pierre et en maçonnerie
étaient dominantes, les ouvertures
pour la lumière étaient perçues
comme l’absence de structure. Mies
décrit cette relation entre structure
et lumière en disant: « La structure
détermine l’endroit où la lumière
pénètre. Le module structurel donne
le rythme de la lumière, »
La nécessité d’intégrer la lumière a
profondément façonné l’architecture
médiévale, ce qui a marqué la
transition de l’église romane, avec
ses murs épais et massifs et ses
petites fenêtres en arc en plein
cintre, vers l’architecture gothique.
Cette dernière se caractérise par ses
voûtes à croisée d’ogives et ses arcsboutants
qui permettent de soutenir
des murs latéraux plus fins et de
percer de grandes fenêtres en arc
brisé et des rosaces, ce qui a donné
lieu à des intérieurs abondamment
éclairés, reflétant ainsi la philosophie
chrétienne du Dieu de lumière.
Avec l’introduction des structures
légères métalliques au XIXe siècle,
la distribution de la lumière est
devenue beaucoup plus libre. Les
éléments structuraux plus fins
influencent peu la lumière entrant
dans un espace. Ce qui a permet
une grande liberté et flexibilité
Fig.188:la structure et le jeu
de lumière dans l’aeroport San
Francisco structure (Source :
Structure as architecture)
157

La structure comme langage architectural
dans la conception, cependant, la
relation entre la structure et la
lumière reste toujours forte, parce
que leur interaction met en valeur
la texturisation et la matérialité
de la structure d’une part et la
configuration géométrique d’autre
part, à travers le contraste créé entre
légèreté et massivité, réflectivité et
opacité et entre ombre et lumière.
Il est important de souligner la
contribution de Louis Kahn à
l’intégration de la structure et de la
lumière.
« La structure est la créatrice de
lumière, lorsque vous décidez de la
structure, vous décidez de la lumière
», Silence et Lumière, Louis Kahn.
Par exemple, dès 1954, Kahn
envisageait d’évider les colonnes
pour filtrer la lumière.
Il a ensuite utilisé des colonnes
comme régulateurs de lumière
dans le bâtiment de l’Assemblée
nationale à Dacca, et le Musée d’Art
Kimbell illustre bien son concept
«La structure est la donneuse de
lumière».
La structure influence profondément
la perception visuelle d’un bâtiment
à travers l’interaction de la lumière
avec la matérialité et la texture
utilisées. Par exemple, le Carré d’Art,
dont les proportions s’inspirent
largement du Parthénon voisin
en France, illustre parfaitement le
contraste entre la légèreté de sa
structure métallique et ses parois
vitrées, et la solidité du bâtiment
adjacent, avec sa structure en
maçonnerie compressive et sa
texture rugueuse.
Fig.189:Intérieur du
Baumschulenweg Crematorium(Source:
Structure as
architecture)
Fig.190:Carré d’Art, Nîmes,
France;1993; Foster assiciates
(doc. Carré d’Art - Jean Bousquet
- Musée d’Art Contemporain)
158

La structure comme langage architectural
Site et contexte
La structure permet à l’architecture
de s’intégrer dans le contexte urbain,
naturel et architectural du site du
projet à travers deux approches
: l’une permet une intégration
cohérente qui s’adapte de manière
fluide au paysage, tandis que l’autre
cherche à créer une rupture visuelle
et architecturale pour établir un
repère urbain iconique. Dans les deux
cas, la prise en compte du contexte
est importante dans la conception
architecturale, puisqu’elle enrichit
les paramètres et le fil conducteur
de la conception en répondant aux
besoins spécifiques de chaque site.
Parmi les grandes manifestations
de l’approche structurelle dans
la planification architecturale
sont ceux qui contribue à la fois à
l’infrastructure et l’architecture et
à la conduite entre les deux, l’un
des exemples frappants est La gare
de Zurich Stadelhofen à travers
laquelle on peut clairement apprécier
le rôle de la structure dans une
conception qui intègre l’architecture
à l’échelle urbaine et représente une
solution à une démarche paysagiste,
tout en traitant des contraintes
d’ordre technique et topographique
présentées exclusivement par
l’emplacement du projet. La gare
est implantée dans une colline où
le chemin de fer coupe un terrain
escarpé en deux côtés avec une
différence de niveau drastique et
des caractères très contrastés, l’un
étant fortement urbanisé, l’autre
verdoyant, soutenu par un mur sur
lequel se trouvent des constructions
existantes.
Le rôle de Santiago Calatrava était
d’agrandir la gare, qui connaît un
trafic dense et joue un rôle important
dans le système ferroviaire régional.
Cependant, le terrain étroit, parfois
seulement de 27 mètres de large,
imposait une contrainte majeure
où la structure devait jouer un rôle
Fig.191:croquis de calatrava
(source : Force mouvement et
forme)
Fig.192:maquette de la gare
de Zurich Stadelhofen (source :
Force mouvement et forme)
159

La structure comme langage architectural
crucial. L’objectif était de conserver
le paysage existant au-dessus
du terrain tout en soutenant les
constructions existantes par une
structure en forme de mur ancrée
de façon permanente dans la colline.
Des jardins et une pergola ont été
créés le long du mur pour préserver
le caractère de la partie supérieure
du site et permettre aux gens de se
promener tandis que les voyageurs
attendent le train qui arrive en
contrebas. Sous le chemin de fer, un
hall souterrain a été conçu pour le
commerce, rendant la liaison avec les
quais plus intéressante.
Dans ce projet, Calatrava était
responsable de l’architecture
et de l’ingénierie, adoptant une
approche à la fois structurelle et
pittoresque. Il a appliqué un geste
architectural inspiré de l’anatomie
humaine dans la conception des
éléments structurels, créant une
répétition délibérée de ces éléments
tout au long du site pour générer
un mouvement dynamique dans
l’architecture de la gare. C’est là que
la genèse de l’approche structurelle
brillante se manifeste, démontrant
la capacité de résoudre un exercice
d’infrastructure intégré dans un
paysage urbain et naturel complexe.
Le projet Eden constitue un exemple
pertinent d’adaptation au contexte
naturel. Il s’agit d’une série de
biomes construits dans une ancienne
carrière. La structure en treillis
géodésique en acier supporte des
dômes en forme de bulles, créant
ainsi un environnement contrôlé
pour différents écosystèmes.
L’utilisation du treillis géodésique
confère à la structure une légèreté
visuelle et lui permet de s’adapter
aux courbes du site naturel, tout
en offrant une transparence
maximale pour la lumière naturelle.
Sa conception lui permet de se
camoufler dans le paysage grâce à sa
forme géométrique organique et à sa
transparence, tandis que sa fonction
contribue à créer un écosystème là
où la nature avait été dégradée.
Fig.193:the Eden Project 2000
Cornwall, Angleterre
par Grimshaw Architects
et l’ingénieur : Anthony Hunt
and Associates, Arup, structure
en acier et thermoplastic
160

La structure comme langage architectural
Synthèse.
Au cours de notre recherche, nous avons examiné la contribution significative
de l’approche structurelle à une conception qui prend en considération à la
fois les dimensions urbaines et architecturales. Cette approche permet la
création d’une continuité entre l’infrastructure et la superstructure, ayant
un impact direct sur l’efficacité fonctionnelle, la fluidité de la circulation
et l’intégrité architecturale. De plus, elle offre une liberté architecturale
remarquable en tirant parti des méthodes structurelles, ce qui autorise
la réalisation de programmes ambitieux tout en respectant des budgets
optimaux. Plus précisément, les solutions ingénieuses de la structure offrent
des possibilités infinies pour faire face à des contraintes naturelles telles que
la topographie, la disponibilité des terrains et la continuité de la circulation
comme c’est le cas de notre site choisi, Dhar El Mehraz.
161

La structure comme langage architectural
CHOIX DU SITE :
Ce site abrite les principales facultés de la ville de Fès telles que celles des lettres,
des sciences et de l’économie, des établissements universitaires avec le plus grand
nombre d’étudiants en comparaison avec les autres écoles supérieures, mais il
présente un certain nombre de problèmes.
Une des contraintes majeures est la discontinuité urbaine due aux contraintes
topographiques, techniques et d’infrastructure, comme la présence du chemin
de fer et son statut non-aedificandi, cette situation offre une matière riche pour
concrétiser les possibilités de l’approche structurelle dans un contexte urbain. De
plus, pour rétablir la connexion entre cette zone et les autres parties de la ville, il
est nécessaire d’imposer une continuité fonctionnelle tout en dotant le quartier
de fonctions importantes qui lui font défaut, afin de le transformer en un quartier
universitaire intégré et bien connecté. Ces fonctions comprennent principalement
des espaces d’activités pour les étudiants tels que des bibliothèques, des
laboratoires, un centre sportif, des parcs, des stations de transport et une extension
de l’ancienne cité universitaire.
Ces projets architecturaux, regroupant un grand nombre de personnes et
nécessitant des portées considérables, nous offriront l’opportunité de concrétiser
les résultats de notre étude sur la structure en tant que langage architectural dans
des espaces qui symbolise l’harmonie entre la science et l’homme.
Cependant, la nature particulière de notre sujet de recherche n’est pas directement
liée au site. Bien que le choix du site soit motivé par les problématiques
techniques qui peuvent être résolus grâce à l’approche structurelle, les projets
architecturaux en eux-mêmes sont déterminés indépendamment du sujet,
mais en fonction des besoins présents sur le site. Deux raisons expliquent cette
stratégie. Premièrement, notre problématique se caractérise par sa dimension
globale à l’échelle internationale, à l’exception de certains aspects liés à notre
contexte réglementaire au Maroc (qui n’est qu’une projection d’autres contextes
tels que la France). Deuxièmement, cela répond à une volonté de renforcer notre
argumentation en explorant le potentiel architectural de l’approche structurelle
à travers la variation des projets architecturaux, indépendamment de l’approche
que nous souhaitons soutenir. En d’autres termes, nous aspirons à confirmer que
nous n’avons pas nécessairement besoin de projets de nature structurelle, tels que
des ponts, des stades, des gares et des aéroports, pour exprimer la structure. Plus
précisément, nous souhaitons démontrer que, comme le font les scientifiques dans
leurs laboratoires, en diversifiant les variations pour généraliser leurs hypothèses et
les rendre applicables en tant que théorie confirmée, notre hypothèse se concrétise
donc dans la question suivante : pouvons-nous exprimer la structure comme un
langage architectural, peu importe le projet architectural ?
162

La structure comme langage architectural
CHOIX DE LA STRUCTURE :
Le premier objectif de ce
mémoire est d’aboutir à un projet
architectural qui suggère une
solution à la problématique de la
séparation entre l’architecture et la
structure, ainsi que son impact sur
la profession d’architecte en relation
avec l’ingénierie, et sur les méthodes
et les processus de conception. C’est
vrai que c’est une problématique
plus vague et d’une échelle plus
grande que celle d’un projet
architectural, puisqu’elle concerne
le fonctionnement de l’architecture
en tant que profession. Mais la
réponse peut être une possibilité
parmi d’autres d’une méthodologie
qui communique mieux la relation
entre l’architecture et la structure.
La problématique de recherche est
plutôt une question de perception qui
limite la structure à son rôle utilitaire
et non à une simple exposition
des éléments structurels sur la
façade, ce qui justifie bien l’analyse
assez exclusive des différentes
typologies de structures pour mieux
maîtriser les approches possibles de
l’intégration de la structure dans le
langage architectural.
Ces démarches peuvent être
catégorisées en trois catégories :
la première méthode de conception
se base à la fois sur la forme et la
force en s’inspirant de la nature,
qui se distingue par son mélange
harmonieux entre l’optimisation et la
beauté. La deuxième s’appuie sur la
logique formelle des forces pour une
conception structurelle optimale.
Cette méthode est généralement
associée aux types de structures
dites « forme-active », comme les
structures en coque et les structures
tendues, dont la performance
structurelle repose plutôt sur la
géométrie et non sur les matériaux.
Elle peut également être relative
aux types de structures « semiforme-active
», dont la géométrie
est améliorée, comme les poteaux
avec des sections particulières (I, L,
etc.) et les dalles nervurées, à l’instar
des structures conçues par Pier Luigi
Nervi. Cette démarche vise à générer
des formes en suivant le processus
de « form-finding structures », qui
utilise des outils comme la statique
graphique et les modèles physiques,
cherchant à générer naturellement
des formes funiculaires (exemple
: les chaînes suspendues utilisées
dans la conception de la Sagrada
Familia de Gaudí). Plus récemment,
la technologie informatique a
étendu les principes de la statique
graphique au niveau tridimensionnel,
par exemple l’analyse du réseau
de poussée (TNA) utilisé par
Philippe Block et son groupe de
recherche pour concevoir la voûte «
ARMADILLO » (Fig.157). La géométrie
de cette voûte est le résultat
d’une exploration de différentes
possibilités des formes funiculaires
générées à travers une analyse de
statique graphique en 3D. L’objectif
de cette démarche est d’assurer
163

La structure comme langage architectural
une optimisation idéale qui élimine
les contraintes de flexion, au point
d’éliminer le besoin de mortier entre
les blocs (voir Fig. 157).
La troisième approche consiste
en une conception basée sur la
dimension artistique et symbolique,
sans prendre en considération
l’optimisation structurelle, comme
c’est le cas des travaux de Santiago
Calatrava, qui utilise la structure
comme un outil d’expression
architecturale en suivant une
approche artistique.
Il n’est pas nécessaire de suivre
une seule approche lors de la
conception architecturale, mais
le choix de la structure ne peut
pas être aléatoire. Comme nous
l’avons vu dans la troisième partie
du mémoire, la structure peut
être exprimée à travers les valeurs
fondamentales de l’architecture.
En étudiant plusieurs références,
nous avons remarqué comment la
structure influence profondément
la perception architecturale et
contribue à son expression visuelle,
tout en formant un vocabulaire
riche et intéressant. Par exemple,
nous avons observé comment des
structures développées, comme
les structures suspendues, offrent
une grande liberté architecturale
dans l’organisation de l’espace,
contrairement au système poteaupoutre
qui exige des portées
réduites.
Dans de nombreux exemples, la
structure attribue des qualités
architecturales intéressantes,
comme la légèreté visuelle dans
le cas des structures métalliques
en treillis, ou la discontinuité,
comme dans le cas des structures
de tenségrité. Ces dernières sont
suffisamment stables pour être
utilisées dans des ponts, mais elles
donnent une impression abstraite de
discontinuité et d’instabilité
La relation entre la structure et
l’organisation spatiale joue un rôle
essentiel dans la définition du
système structurel. Par exemple,
les équipements où se déroulait un
regroupement de personnes autour
d’un événement social et culturel
important étaient généralement
marqués par un dôme circulaire qui
insérait une configuration spatiale
Fig.194:Le pavillon du Château
La Coste, galerie d’art, Richard
Roger, structure en acier en
porte-à-faux, (source : Architecture
Today, Image: James
Reeve, source : Wallpaper)
164

La structure comme langage architectural
radiale. De même, les structures
en coque circulaire suggèrent
une organisation spatiale radiale.
En revanche, les constructions
dont le rôle est de relier un point
de départ et un point d’arrivée
(tel que les ponts) imposent une
configuration spatiale linéaire et
sont généralement réalisées en
exploitant des éléments structurels
linéaires tels que les arcs et les
treillis. Ces éléments peuvent être
répétés de manière rythmique pour
former une organisation spatiale en
grille, où les éléments de structure
imposent l’ordre architectural. Cela
illustre l’influence du choix de la
structure sur l’architecture.
Lors de la phase de conception du
projet architectural, nous avons
d’abord choisi un site abandonné qui
présente des contraintes techniques
majeures afin d’exploiter les
possibilités de l’approche structurelle
dans la conception architecturale.
Par ailleurs, la fonction du bâtiment
n’était pas priorisée, car elle résulte
logiquement de l’analyse urbaine
et fonctionnelle. Initialement,
nous n’avions pas d’idée précise
du type de structure à exploiter ;
cependant, après l’analyse urbaine
à l’échelle du quartier et du site,
des premières données ont été
sélectionnées comme mots-clés du
fil conducteur. L’objectif du projet
est ainsi de créer une connexion
architecturale et urbaine entre le
site Dher El Mehrez et le centre-ville,
en intégrant une fonction publique
qui répond aux besoins du quartier
universitaire et de la ville, tout en
traitant le problème des friches
urbaines présentes dans ce quartier
au détriment des places et des parcs
publics.
Au niveau du site, la raison de la
non-exploitation de cet espace
réside dans la nature accidentée de
la topographie, la présence d’une
voie ferrée et d’un oued sec, Oued
El Mehrez. Au niveau administratif,
le site est classé comme espace non
aedificandi en raison de la présence
d’un espace vert à protéger, ce
qui a créé une discontinuité, une
inaccessibilité, et a accentué
l’isolement et la marginalisation du
quartier.
En conclusion, l’objectif est de créer
une connexion physique, urbaine
et fonctionnelle sur le site, et
Fig.195:Musée,Villahermosa,
Mexique, conçu par TEN Arquitectos,2011
(source : Archdaily,
17/10/2024)
165

La structure comme langage architectural
d’améliorer son accessibilité sans y
bâtir directement afin de préserver
l’aspect paysager et prévenir les
risques d’inondation de l’oued. Le
choix d’un bâtiment-pont ou d’un
bâtiment en porte-à-faux s’inscrit
donc dans cette logique. Bien que la
forme du site suggère une structure
surfacique comme des coques ou
des réseaux de structures tendues
capables de franchir des portées
importantes, la proportion entre les
dimensions du site, qui dépasse 200
mètres, ne permet pas un équilibre
satisfaisant entre les pleins et les
vides, d’autant que nous souhaitons
préserver le paysage naturel. Cela
signifie que les structures en coque
ne constituent pas une solution
adéquate, car elles imposent des
espaces vastes et difficilement
exploitables. De plus, les structures
tendues présentent des contraintes
similaires, en plus de leur incapacité
à fournir une enveloppe durable pour
des fonctions permanentes.
Lorsqu’il s’agit d’une connexion, il
est plus logique de penser à une
configuration spatiale linéaire reliant
deux points, ce qui nous mène
naturellement au choix de structures
linéaires continues. Compte tenu de
la grande portée et de notre intention
de ne construire qu’aux extrémités,
la structure suspendue, avec des
câbles attachés à des pylônes,
semble être une bonne solution, en
utilisant des structures métalliques
en treillis pour leur légèreté
structurelle afin de réduire les
charges. D’autres solutions peuvent
être combinées avec la structure en
treillis pour remplacer les pylônes,
qui devraient être gigantesques afin
de supporter le poids du bâtiment.
Par exemple, l’arc, exploité dans des
projets secondaires, pourrait être
envisagé. Toutefois, le choix des
pylônes pour le bâtiment principal
est délibéré : d’une part, pour
marquer la centralité du projet ;
d’autre part, pour améliorer l’image
du quartier à travers une structure
iconique qui pourrait être perçue
comme un repère urbain, accentuant
l’intégration du quartier dans le tissu
urbain.
La conception initiale prévoyait
un bâtiment-pont reliant
horizontalement deux points.
Cependant, le projet s’est orienté
vers un port-à-faux suspendu en
Fig.196:Le centre Culturel
Méditerranéen, à Barcelone,
par Ricardo Bofill Taller de
Arquitectura, conception non
bâti, (source :Archinect Firms,
17/10/2024 )
166

La structure comme langage architectural
raison de la différence marquée de
niveau entre les deux rives. Ce choix a
été motivé par l’intérêt architectural
de la composition formelle du porteà-faux
et par l’intention de ne pas
limiter la connexion et l’accessibilité
du site au bâtiment seul, mais
aussi de rendre le parc extérieur
aménagé autour du bâtiment plus
accessible et fréquenté, en dehors
de la fonction de l’édifice. Ce dernier
répond toujours à la question de
la connexion et de l’accessibilité
à travers une combinaison entre
circulation horizontale et verticale. En
déterminant le choix de la structure,
nous avons pu restreindre nos
références aux types de structures
utilisées, afin d’établir une base
solide pour les études de cas.
Comme nous l’avons déjà abordé
dans la troisième partie, le Pavillon
du Château La Coste, une galerie
d’art conçue par Richard Rogers,
représente un exemple pertinent
d’une structure métallique en porteà-faux
parfaitement intégrée dans le
paysage naturel. Un autre exemple
significatif est celui du MUSEVI
(Museo Elevado de Villahermosa),
il s’agit d’un musée suspendu audessus
d’une route en Mexique,
réalisé par TEN Arquitectos. Sa
structure,suspendue par des câbles
attachés à un pylône central en
béton armé, offre une solution
architecturale innovante créant une
connexion entre deux lacs isolés,
Vaso Cencalli et Lagoon, tout en
abritant des espaces d’exposition.
Ce bâtiment montre comment
l’architecture peut être utilisée pour
résoudre des problèmes d’isolement
géographique tout en servant de
point de repère culturel. Par ailleurs,
bien que le Centre Culturel de la
Méditerranée à Valence, conçu par
Ricardo Bofill Taller de Arquitectura,
ne puisse être strictement qualifié
de bâtiment-pont ni de structure
en porte-à-faux, il présente des
éléments structurels intéressants.
Le système de toiture suspendue
y joue un rôle central, en utilisant la
Fig.197:Le pont Érasme, à
Rotterdam au Pays-bas
167

La structure comme langage architectural
partie verticale du bâtiment comme
support pour les câbles tendus qui
soutiennent la toiture. Ce type de
structure permet une conception
intérieure libre et flexible qui permet
la diversité des activités du centre,
conçu pour accueillir des conférences,
une bibliothèque multimédia, un
musée d’histoire naturelle, ainsi que
des salles d’expositions temporaires
et permanentes.
Il est intéressant d’étudier d’autres
références qui s’inscrivent dans la
catégorie des ponts suspendus,
comme le pont iconique Érasme, à
Rotterdam, aux Pays-Bas, conçu par
Ben van Berkel et Caroline Bos, et
achevé en 1996. Il s’agit d’un pont
à haubans qui traverse la Nouvelle
Meuse et relie les parties nord et sud
de Rotterdam. Il se distingue par la
forme asymétrique de son pylône de
139 mètres de hauteur. Il est clair que
sa conception repose sur une vision
artistique pure. Cette observation
peut également s’appliquer à la
passerelle de Lahr, en Allemagne, qui
s’intègre harmonieusement dans le
paysage naturel et urbain de la ville.
Son pylône central soutient une
passerelle en arc élégant à l’aide
de câbles radiaux. La conception
a été perfectionnée grâce à une
légère inclinaison du pylône, et pour
compenser le poids de la passerelle,
deux tirants ont été attachés au
pylône, formant une pyramide
transparente, ce qui a contribué
à une expression mélodique de la
structure.
En effet, les références de
benchmark des bâtiments
suspendus ou des bâtiments-ponts
sont peu nombreuses en raison
de la complexité de leur structure.
Cependant, cela n’empêche pas de
considérer d’autres exemples, y
compris ceux cités dans le mémoire,
comme références. En fin de compte,
nous adoptons une démarche bien
définie qui met en avant la poétique
des structures, et non une simple
inspiration visuelle
Fig.198:Passerelle d’Ortenau,
à Lahr en Allemagne, 2018
(Source: Henchion Reuter
Architects, https://www.henchion-reuter.com/,
17/10/2024)
168

La structure comme langage architectural
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170

La structure comme langage architectural
LISTE DES FIGURES
Fig.1: L’igloo est une enveloppe auto-portante,structure
en compression.14
Fig.2: Dans le tipi, une enveloppe non
structurelle est soutenue par une
charpente de perches en bois.
(Source: Structure & Architecture
)......................................................14
Fig.3: la poussée tend à engendrer un
basculement et un glissement,
cette expérimentation explique
l’origine de la forme adopté dans
les murs de soutènement et les
barrages (source : Comment tout
ça tient)...................................... 15
Fig.4: differents types de charges externes
(source : Structure et architecture,
Angus J. Macdonald)... 15
Fig.5: représentation des contraintes de
compression et de traction ....... 16
Fig.6: Les contraintes de cisaillement
engendrées par l’opposition des
forces des livres et la réaction du
support ...................................... 16
Fig.7: phénomene de flambement
(source : Comment ça tient) ..... 16
Fig.8: Déformation de la torsion ........ 17
Fig.9: Le bras de levier multiple la force
exercée pour faciliter le déplacement
d’un objet lourds ce qui représente
la notion du couple ... 17
Fig.10: Pour assurer l’équilibre d’un
couple Il faut que le produit de la
force et la distance soit égale dans
les deux cotés ............................ 17
Fig.11: La disposition triangulaire des
cartes est une composition en
équilibre mais pas stable ......... 17
Fig.12: exemple d’une structure hypostatique,
isostatique et hyperstatqique
..................................... 18
Fig.13: Ce schéma représente la relation
entre les contraintes et les déformations
dans la phase élastique,
où elle se traduit par le module de
Young. En dépassant la limite plastique,
les déformations deviennent
permanentes jusqu’à ce qu’elles atteignent
la résistance maximale,ce
qui entraîne la rupture du matériau.
................................................... 18
Fig.14: Un cadre rectangulaire avec
quatre articulations peut atteindre
un état d’équilibre, mais il est instable
car toute légère perturbation
latérale peut entrainer son effondrement.
Le cadre à droite est
stabilisé par un contreventement
diagonal qui ne contribue pas
directement à la résistance aux
charges gravitationnelles.......... 19
Fig.15: les différentes méthodes de
contreventement....................... 19
Fig.16: Exemples des diagrammes des
efforts tranchants et moment fléchissant
selon les cas ................ 20
Fig.17: Reconstitution de la ziggurat
d’Ur. ........................................... 23
Fig.18: La Tour de Babel vue par Pieter
Brueghel l’Ancien au XVIe siècle.
(source: wikipedia)..................... 24
Fig.19: Reconstitution des structures
de la pyramide de Niouserrê à
Abousir, Celle-ci met en lumière
le stade de construction durant
lequel le premier gradin est terminé,
et la deuxième couche de che-
171

La structure comme langage architectural
vrons achevée d’être posée dans la
fosse de construction. ce qui renforce
l’hypothese de la structure
de la pyramide de Meidum (dessin
: Franck Monnier, source : researchgate)................................
25
Fig.20: L’évolution des pyramides des
mastaba aux pyramides géométriques........................................
25
Fig.21: Plans en coupe de la pyramide
rhomboïdale (dessin : Franck Monnier,
source : internet)................ 26
Fig.22: Statuette of Imhotep, 664–30 BC
(source : internet)...................... 27
Fig.23: La figure A illustre le rôle qu’attribue
Dieter Arnold à la tranchée
de construction d’une pyramide.
Il est manifeste que l’espace disponible
n’ait pu permettre à une
équipe d’ouvriers de pouvoir hisser
et déplacer des monolithes pesant
plusieurs dizaines de tonnes. Un
tel cheminement aurait été facilité
par un ensemble de manoeuvres
effectuées depuis une vaste plateforme
dénuée de tranchée (dessin
: Franck Monnier, source : researchgate)................................
27
Fig.24: systeme constructif de la ville de
Mehrgahr................................... 28
Fig.25: Vue des ruines de la ville de
Mohenjo-Daro, équipée de bains
privés et publics, d’égouts et de
toilettes rinçables. ..................... 28
Fig.26: Douche avec canalisations d’évacuation.......................................
29
Fig.27: Les ruines du grande bain de
Mohenjo-daro............................ 29
Fig.28: coupe montrant l’assemblage de
la structure du pagode par rapport
au pilier central.......................... 30
Fig.29: Détail d’assemblage avec la
technique de la mortaise en haut
et le tenon en bas ..................... 30
Fig.30: démonstration physique du principe
de la résistance sismique des
bâtiments de type pagodes (source
: web-japan.org)........................ 31
Fig.31: schéma montrant le comportement
du pagode lors d’un
séisme........................................ 31
Fig.32: les trois styles de colonnes : Dorique,
Ionique et Corinthien, représentent
des éléments structurels
et décoratifs de l’architecture
grecque qui est caractérisée par
l’ordre et la proportion visuelle.
(Source : Article : comment apprécier
l’art architectural)............... 32
Fig.33: Le Parthénon grec (source :
Constructies, Ir J Oosterhoff ).... 32
Fig.34: a) Plan du Parthénon montrant
le rapport 9:4 entre la largeur et la
hauteur ; (b) élévation du Parthénon
montrant le rapport 9:4 entre
l’entraxe et le diamètre des colonnes
(Source : Woodford, 1981,
p. 17).......................................... 33
Fig.35: .......................................... Coupe
Aqueduc romain : Pont du Gard
entre 40 et 50 après j.-c (Source:
Constructies, Ir J Oosterhoff)..... 34
Fig.36: .La partie symétrique du plan de
panthéon ................................... 36
Fig.37: .......................................... Coupe
de Panthéon de Rome (source :
Constructies, ir j oosterhoff)...... 36
Fig.38: ........................................... voûte
romane en plein ceintre............. 37
Fig.39: ...........................Église abbatiale
de l’Abbaye Notre-Dame de Bellaigue,
à Virlet (Puy-de-Dôme).. 37
Fig.40: L’église de Paray-le-Monial
(source: PASSERELLE)................. 38
Fig.41: La voûte d’ogive ..................... 39
Fig.42: .....................................................
A gauche,la Basilique Saint-Remi
à Reims, France. à droit, coupe expliquant
le fonctionnement de la
structure avec croisée d’ogives et
172

La structure comme langage architectural
l’arc-boutant.............................. 39
Fig.43: .....................................................
pendentif ................................... 40
Fig.44: ......... Coupole hémisphérique de
l’architecture byzantine............. 40
Fig.45: ..... Intérieur de Sainte-Sophie. La
coupole, qui date du VIe siècle. .41
Fig.46: ..................................... Coupe de
la Basilique Sainte Sophie (source :
Constructies, Ir J oosterhoff)...... 42
Fig.47: Elevation and plan of the Bayezid
II Mosque in Istanbul par Cornelius
Gurlitt (art historian)....... 43
Fig.48: S1 : Mosquée du Sultan Sélim
à Istanbul, S2 : sainte Sophie de
Canstantinople, S3 : grande mosquée
de Bizèrte, S4 : Mosquée
Kchawa à Alger, S5 : Mosquée Soulaymanie
à Istanbul, S6 : Grande
mosquée de Bursa, S7 : Mosquée
Sélimiye à Idrine, S8 : Mosquée
Yusef Day à Tunis (« Analyse morphologique
de quelques minarets
de l’époque ottomane : essai de
définition d’un ‘style’ ottoman »,
Lamia Chakroun)........................ 44
Fig.49: L’Homme de Vitruve par Léonard
de Vinci ............................. 45
Fig.50: Eglise Sant’Andrea, Mantoue,
Italie (source: Bjoern Eisbaer /
Wikipedia).................................. 45
Fig.51: Le palais Rucellai à Florence par
Alerti (Bibliothèque nationale de
France)....................................... 46
Fig.52: ................................Croquis montrant
la technique, sur la coupole
de révolution de la cathédrale Santa
Maria del Fiore à Florence.... 47
Fig.53: ..................................Méthode de
construction de la coupole ........ 47
Fig.54: .............The Banqueting House at
Whitehall par ...............Inigo Jones
(dessiné par Colen Campbell).... 48
Fig.55: Le pont de la Concorde par Perronet
(1787) .............................. 49
Fig.56: Eddystone par John Smeaton.. 49
Fig.57: Reliance Controls A Swindon, UK,
1966,par les Architectes :Team4 et
l’ingénieur stucturel Anthoy Hunt
(source: Dezeen)........................ 51
Fig.58: La structure du centre Pompidou
............................................ 52
Fig.59: Schéma directeur et tracé géométrique
des divers arcs de la façade
extérieure de la porte d’apparat
de Šālla (source: Un cas unique
d’épure d’architecture en Occident
islamique. porte mérinide de Šālla
(Rabat))...................................... 54
Fig.60: La façade intérieure du Palais de
Bahia à Marrakech.................... 55
Fig.61: l’architecture coloniale à Casablanca
(Photo: Éric Clément, La
Presse)........................................ 56
Fig.62: Poutre unidirectionnelle- dalle
unidirectionnelle ....................... 61
Fig.63: Poutre bidirectionnelle- dalle bidirectionnelle
............................ 61
Fig.64: En haut:les déformations de
flexion d’une poutre (source :
comment Ça tient, Mario Salvador)
.63
Fig.65: A gauche la performance structurelle
change en fonction de la
géométrie de la section de poutre
(Source : Tony Hunt’s Structures
Notebook, Tony Hunt)................ 63
Fig.66: Les efforts internes au niveau de
la section représente clairement la
notion de la fibre neutre............ 63
Fig.67: Si nous prenons l’exemple d’une
section de 2x 3 : I(1)=2x27/12=4,5
& I(2)= 3x8/12=2........................ 64
Fig.68: Fissures d’une poutre en béton à
cause des forces de traction (source
: BEYOND BENDING, Philippe Block
et son groupe de recherche)...... 64
Fig.69: L’articulation géométrique des
poteaux Palazzo del Lavoro en
1961, par Pier Luigi Nervi.(Source:
173

La structure comme langage architectural
construire correttamente par Luigi
Pier Nervi )................................. 66
Fig.70: Réseau orthogonal de poutre
(source : comment Ça tient, Mario
Salvador) ................................... 67
Fig.71: Lanificio Gatti à Rome (1951).
Vue du couloir avec nervures isostatiques.
(Source: construire correttamente
par Nervi) ............... 67
Fig.72: Willis, Faber and Dumas office,
Ipswich, UK, 1974; Foster
Associates, ; Anthony Hunt Associates,
........................................ 68
Fig.73: La transition entre l’effet de
flexion de la poutre et l’effet de
compression dans le poteau en
passant par les voiles ................ 69
Fig.74: Un mur poteau n’est pas stable
lorsque la force est perpendiculaire
sur son axe......................... 69
Fig.75: L’utilisation d’un système de
maçonnerie porteuse dans le monument
de Washington est un
exemple classique de conception
structurelle................................. 69
Fig.76: L’expression architecturale des
murs porteurs dans la façade
du Baumschulenweg Crematorium............................................
69
Fig.77: (Source : Comment tout ça tient,
Michel Provost et Philipe de Kemmeter)........................................
70
Fig.78: (Source: Building Structures 2ed.
From Concept to Design, Malcolm
Millais)....................................... 70
Fig.79: Le FORTH en écosse, 1890
(source : Comment Ça tient, Mario
Salvador..................................... 70
Fig.80: la structure de Albert bridge... 71
Fig.81: Quelque exemples de types de
treillis (source : Comment Ça tient,
Mario Salvador) ....................... 71
Fig.82: Le centre culturel George Pompidou
,par l’architectes piano &
Rogers avec l’ingénieur structurel
Ove Arup & Partners. (1977)..... 72
Fig.83: Patera (1981) réalisé par l’architecte
Michael Hopkins avec
la collaboration d’ingénieur de
structure Anthony Hunt Associates
(image de l’internet modifiée)... 72
Fig.84: Paul Stevenson Oles. Etude de
perspective pour une structure
spatiale, east building de la national
gallery of art, 1er mars 1971.
Graphite sur papier.................... 73
Fig.85: Tableau de classification géométrique
des surfaces courbe selon
trois familles extrait de ( Source :
Géométrie spatiale ).................. 76
Fig.86: Les types de surface selon le
signe de la courbure ( Source :
Géométrie spatiale ).................. 78
Fig.87: quelques exemples des arcs ... 79
Fig.88: Iron bridge (1777) ................ 80
Fig.89: Pont de SALGINATOBEL, en béton
par Robert Maillart (1930)....... 80
Fig.90: Le pont à arc unique représente
une ressemblance frappante avec
un pont suspendu mais inversé. 81
Fig.91: Le principe du pont en arc raidi
de zuoz (1900). .......................... 81
Fig.92: LRobert Hooke(1635-1703) décrit
la relation entre la chaine supendu
qui est en tension sous l’effet
de son propre poids et l’arc qui
a la même forme mais inversé en
compression .............................. 81
Fig.93: Gateway 1963-1965 Saint-Louis
Missouri USA par Eero Saarinen et
Hannskarl Bandel ...................... 81
Fig.94: Exchange House à Londres 1990
(source : archdaily).................... 82
Fig.95: La courbure donnée à la feuille
mince renforce sa capacité à
maintenir son poids et à supporter
d’autres objets .......................... 83
Fig.96: Zarzuela hippodrome par Eduardo
Torroja (source : Building structures)..........................................
84
174

La structure comme langage architectural
Fig.97: Dôme déformé par des charges
verticales. (Source : comment ça
tient)........................................... 86
Fig.98: Méridiens et parallèles d’un
dôme. ........................................ 86
Fig.99: Comparaison entre les trois
dômes : cathédral de Florence,
saint Pierre et Saint-Paul........... 87
Fig.100: Petit palais des sports, 1956-
1957 Rome, Italie par Annibale Vitellozzi
et Pier Luigi Nervi .......... 88
Fig.101: CNIT 1958, La Défense, Paris,
France ....................................... 89
Fig.102: la coupole midiévale est constituée
de deux demicylindres perpendiculairs
avec un renforcement
des arrêts avec des nervures en
pierre ......................................... 90
Fig.103: Gare de Saint-Pancras 1868.. 90
Fig.104: Palais de l’Industrie,de l’exposition
universelle à Paris en 1854.91
Fig.105: Hangars d’Orly 1921-1923.... 92
Fig.106: tours de refroidissement....... 93
Fig.107: Halle de ciment de l’Exposition
nationale suisse de 1939 par Maillart
............................................. 93
Fig.108: la géometrie de la toiture du
restaurant Los Manantiales....... 94
Fig.109: le Restaurant Los Manantiales
1958. Par Felix Candela ............ 94
Fig.110: Toiture en ambrella .............. 95
Fig.111: Toit de la gare d’Ochota
(1960)......................................... 95
Fig.112: polygone funiculaire (source :
comment ça tient)..................... 96
Fig.113: usine de papier à Mantoue, en
Italie, 1963, Pier luigi nervi (source
: Comment ça tient)................... 97
Fig.114: Le bâtiment de Minneapolis Fédéral
Reserve Bank 1970 (source:
Building structures).................... 97
Fig.115: Aéroport international de Washington
inauguré en 1962 ........ 97
Fig.116: l’Usine de Microprocesseurs
INMOS........................................ 98
Fig.117: Le siège de BMW................. 100
Fig.118: Coupe du bâtiment
Weastcoast ............................. 101
Fig.119: Le dôme Millennium ........... 101
Fig.120: La passerelle piétonne et cyclable
Kurilpa Bridge ............... 102
Fig.121: La muraille Servienne est une
enceinte défensive élevée à partir
du VIe siècle av. J.-C. autour
des sept collines de Rome et protégeant
la ville antique. (Source:
Wikipédia)................................ 104
Fig.122: Voûte en maçonnerie conçue
par un groupe d’architecte et ingénieur
à Venice Biennale (photos
: Nigel Young and the Norman Foster
Foundation)........................ 105
Fig.123: Le siège social de Liander Westpoort
a été conçu par De Zwarte
Hond. (La photo est de Jaques Tillmans.source
Dezeen)............... 106
Fig.124: Médiathèque conçue par l’architecte
Toyo Ito en 1997 ,structure
métallique, (source :pensée
constructive d’un architecte)... 107
Fig.125: Maquette digitale de la structure
métallique de la médiathèque .108
Fig.126: Structure en béton d’une forme
spirale (source : designboom). 109
Fig.127: La voûte en éventail dans la
chapelle du king’s college, cambridge
(source :Tree-inspired dendriforms
and fractal-like branching
structures in architecture)....... 111
Fig.128: Optimisation de nombre des
colonnes grace à l’utilisation des
structures en arbre ................. 112
Fig.129: L’aéroport Stuttgart (1939)
par von Gerkan Et Marg Engineer
Weidleplan Consulting............. 112
Fig.130: Le terminal passager de l'aéroport
de stansted, à londres, au début
des années 1990, par Norman
Foster et les ingénieurs conseil
d'Ove Arup............................... 113
175

La structure comme langage architectural
Fig.131: Stade Munich Olympic (1968-
1972) par Frei Otto et Gunther
Behnisch................................... 114
Fig.132: Tente préhistorique ............. 115
Fig.133: Multihall conçu par Frei Otto et
Carlfried Mutschler à l’occasion de
l’exposition nationale de jardin de
Mannheim 1975...................... 115
Fig.134: Fenêtre gothique (source :
églises d’Oise).......................... 116
Fig.135: Structure en tenségrité dans l’exhibition
de Kenneth Snelson (source
: site du musée Kröller-Müller).117
Fig.136: Dessin de tour Eiffel démonstratrice
son inspiration de la position
d’écartement des pieds ........... 118
Fig.137: Pont de l’Alamillo à séville par
Calatrava, représente une compensation
des forces pas seulement
par les câble ancré dans le
pylône mais aussi par le contre
poids du pylône........................ 118
Fig.138: Cercle de gens représente une
structure réciproque ............... 119
Fig.139: Dessin de structure réciproque
basé sur un motif hexagonal par
Leonardo De Vinci (Codex Atlantico)............................................
120
Fig.140: Démonstration du fonctionnement
de la structure du pont The
Forth (source : Structural engineering
for architects: a handbook
par Pete Silver, Will McLean ,Peter
Evans)....................................... 120
Fig.141: Léonardo de Vinci, Codex Arundel,
1478-1518, British Musuem,
Londres.................................... 122
Fig.142: Simon Stevin, De Beghinselen
der weeghconst, Leyden, 1586.122
Fig.143: lorsque deux forces sont combinées,
leur somme sera la diagonale
d’un parallélépide, ou ces
forces sonts les cotés (source :Pilosophiae
Naturalis Principia Mathematica).....................................
122
Fig.144: source : Varignon, Nouvelle mécanique
ou statique ................ 123
Fig.145: la méthode de diagrame de crémona
(source : « Beyond Bending
»).............................................. 123
Fig.146: Dessin de Poleni illustrante la
méthode de vérification de la stabilité
du la dôme de Saint-Pierre en
appliquant le principe de la chaîne
suspendue ............................... 124
Fig.147: recherche d’une solution graphique
en utilisant la stérétomie
(source : Frézier 1739)............. 125
Fig.148: A gauche, la Oyster bar dans
la gare centrale de New York, réalisés
par la société Guastavino
(1912);..................................... 125
Fig.149: A droite, la voûte romaine
classique avec des briques posées
sur un échaffaudage, la voûte nubienne
et la voûte catalane ou en
carreaux................................... 125
Fig.150: La géométrie de l’extrados des
claveaux des voûtes de la chapelle
lady henry vii (1519) témoigne de
l’approche holistique des maîtres
d’œuvre, combinant et équilibrant
les contraintes et les exigences liées
à l’expression architecturale et à la
forme structurelle, ainsi qu’à la fabrication
et à la construction... 126
Fig.151: Le mémorial Sean collier, conçu
par Yoon + Höwler architecte à
Cambridge, Massachusetts, étatsunis,
(2015).............................. 126
Fig.152: plancher vouté en carreaux
(source : Beyond Bending, Philip
Block)....................................... 127
Fig.153: La maquette physique de Antonio
Gaudi pour explorer les formes
funiculaires données par les chaînes
suspendues, pour la conception de
la Sagrada Familia .................. 128
Fig.154: Le modèle de Frei Otto pour
la conception d’une structure en
176

La structure comme langage architectural
membrane utilise un film de savon
sur un cadre avec des fils. Cette
structure est à la fois minimale et
anticlassique, et peut être décrite
graphiquement comme une surface
«doublement réglée», c’està-dire
une surface formée par une
grille de lignes droites.............. 129
Fig.155: Heinz Isler a conçu une technique
où du tissu était drapé sur
des mâts puis saturé d’eau. Par
temps de gel, les membranes se
solidifiaient et les mâts pouvaient
être retirés, formant des «coques
de glace».................................. 130
Fig.156: la diversité des formes obtenue
à l’aide de génération numérique
basé sur l’analyse des forces en 3D
(source: beyond bending)........ 132
Fig.157: L’ARMADILLO VAULT............ 133
Fig.158: Le bâtiment Renault à Swindon,
au Royaume-Uni...................... 135
Fig.159: Le Llyod building Richard Rogers..........................................
136
Fig.160: Baumschulenweg Crematorium.(Source:
Archdaily).......... 137
Fig.161: Le stade nationale de Pékin «nid
d’oiseau».................................. 138
Fig.162: Croquis pour le projet «Turning
Torso», 1995, 450 x 370 mm
source :pensée constructive d’un
architecte)................................ 139
Fig.163: «The Bird», 1986, laiton plaqué
or et granit noir, 88 x 22 x 45 cm
(source :Photo de Matt Feldman
)................................................ 139
Fig.164: Vue de l’Hémisphérique ouvert
(source :pensée constructive d’un
architecte)................................ 140
Fig.165: Espace servant autour du planétarium
(source :pensée constructive
d’un architecte)................. 141
Fig.166: Country House en
brique,1923,par Mies van der
Rohe (Source : architecture: forme,
espace et ordre)....................... 145
Fig.167: Usine de Modern Art Glass Limited,
Thamesmead, Londres,
1973; par Foster Associates et Anthony
Hunt (source:tructure et architecture
)............................... 146
Fig.168: les 7 caractéristiques d’une
forme respectivement: géométrie,
taille, couleur, texture, positionnent,
orientation et inertie.147
Fig.169: La cathédrale Sainte-Marie
de l’Assomption 1853-1854
San Francisco Californien USA, par
Pietro Belluschi and Pier Luigi
Nervi......................................... 147
Fig.170: Auditoire Paul Emile Janson,
1956 ,Bruxelles par l’architecte
Van Goethem,et l’ingénieur
Paul Moenaert (Source : comment
ça tient).................................... 148
Fig.171: La Baleine de Yale, 1958 patinoire
de l’université de Yale; New Haven,
Etats-Unis par Eero Saarinen.. 148
Fig.172: Waterloo International
railway station,London Uk 1992
par l’architecte : Nicholas
Grimshaw et l’ingénieur : Sir
Alexander Gibb & Partners;
(source : Architectuul).............. 149
Fig.173: Centre PA Technologie , Princeton,
NJ par l’architecte:Richard Rogers
&Partners, et l’ingénieur Ove
Arup &Partners, Engineers, 1984
(Source: PA center web)........... 150
Fig.174: Aéroport international de Washington
inauguré en 1962 (source
: comment ça tient).................. 151
Fig.175: Centre national de chorégraphie
1999-2006
France, par Rudy Riccioti ........ 151
Fig.176: Hangar, Design I, 1935, Pier
Luigi Nervi. (Source : architecture:
forme, espace et ordre)
................................................. 151
Fig.177: Ce schéma montre la relation
177

La structure comme langage architectural
entre la proportion et la performance
structurelle d’une poutre
(Source : architecture: forme, espace
et ordre).......................... 152
Fig.178: La relation entre la hauteur et
la section des colonnes des ordres
classiques ................................ 152
Fig.179: Comment les éléments de structure
définissent l’espace selon
leur échelle et proportion (Source
: architecture: forme, espace et
ordre)....................................... 152
Fig.180: La conception géométrique du
Panthéon ................................. 153
Fig.181: Le bâtiment John Hancock est
un exemple de l’implication de
la structure dans l’architecture
monumentale à cause de sa hauteur
344 mètres avec 100 étages,
conçu par SOM, 1969.USA....... 153
Fig.182: Poteaux en Y jaunes de l’aéroport
de Madrid......................... 154
Fig.183: L’emploi structurel de volumes
de densités différente affecte l’équilibre
visuel (Source: Principes de
Construction; Samyn philipe)... 155
Fig.184: Maquette de la sculpture par
Santiago Calatrava ................. 155
Fig.185: Croquis pour le projet «Turning
Torso», 1995, 450 x 370 mm
source :pensée constructive d’un
architecte)................................ 155
Fig.186:
La passerelle piétonne Campo
Volantín, 1997, Santiago Calatrava.............................................
155
Fig.187: Les différents organisations
spatiales (centrale,linière,radiale,
en groupe, et en grille) (Source
: architecture: forme, espace et
ordre)....................................... 156
Fig.188: Le pavillon du Château La
Coste, galerie d’art, Richard Roger,
structure en acier en porte-àfaux,
(Image: James Reeve, source
: Wallpaper)............................. 156
Fig.189: la structure et le jeu de lumière
dans l’aeroport San Francisco
structure................................... 157
Fig.190: intérieur du Baumschulenweg
Crematorium ........................... 158
Fig.191: Carré d’Art, Nîmes, France;1993;
Foster assiciates (doc. Carré d’Art
- Jean Bousquet - Musée d’Art
Contemporain)......................... 158
Fig.192: croquis de calatrava (source :
force mouvement et forme)..... 159
Fig.193: maquette de la gare de Zurich
Stadelhofen (source : force mouvement
et forme)..................... 159
Fig.194: the Eden Project 2000
Cornwall,
Angleterre
par Grimshaw Architects
et l’ingénieur : Anthony Hunt and
Associates, Arup, structure en
acier et thermoplastic.............. 160
Fig.195: Le pavillon du Château La
Coste, galerie d’art, Richard Roger,
structure en acier en porteà-faux,
(source : Architecture Today,
Image: James Reeve, source :
Wallpaper)............................... 164
Fig.196: Musée,Villahermosa, Mexique,
conçu par TEN Arquitectos,2011
(source : Archdaily).................. 165
Fig.197: Le centre Culturel Méditerranéen,
à Barcelone, par Ricardo Bofill
Taller de Arquitectura, conception
non bâti, (source :Archinect
Firms )...................................... 166
Fig.198: Le pont Érasme, à Rotterdam au
Pays-bas .................................. 167
Fig.199: Passerelle d’Ortenau, à Lahr en
Allemagne, 2018...................... 168
178

La structure comme langage architectural
PROJET ARCHITECTURAL.
Le projet architectural s’agit d’un centre de recherche qui abrite
des laboratoires scientifiques, des espaces d’étude, des espaces de
collaboration, une zone audiovisuelle et une bibliothèque pour différentes
catégories. C’est un équipement pensé pour répondre aux besoins des
étudiants et de la ville, qui manque de ce genre de services scientifiques
malgré sa fameuse vocation en tant que métropole de la science.
Deux autres bâtiments secondaires sont implantés de manière
presque symétrique du côté nord et sud du bâtiment central; un seul
a été développé comme fonction annexe, faisant la transition entre la
fonction universitaire et touristique. Il s’agit d’une résidence artistique
qui accueille des expositions et des ateliers de façon interdisciplinaire,
assurant un espace de résidence et de rencontre entre les artistes.
179

La structure comme langage architectural
LE CENTRE DE RECHERCHE ET
D’INNOVATION DHAR EL MAHRAZ
Une liaison urbaine par le biais de l’approche structurelle
180

La structure comme langage architectural
ANALYSE DU SITE
181

La structure comme langage architectural
Le site se trouve dans la préfecture
de Fès qui est le chef lieu de la région
Fès-Meknes
Plus précisement, il appartient à
l’arrondissement Agdal
A une échelle plus petite,
il s’agit du quartier «Dhar El Mahraz»
Le site Dhar El Mehraz se situe
à l’est du centre-ville et au nord
du quartier industriel de Sidi
Brahim. Il est délimité à l’est par
une vaste zone non aedificandi
le long de la route de Ouislane, et
au nord et à l’ouest par la zone de
l’oued El Mehraz, qui présente une
topographie escarpée en forme de
ravin et un couvert végétal riche. La
partie nord-ouest est traversée par
une voie ferroviaire au bas du ravin.
Cela crée une rupture urbaine entre
le site et le centre-ville à travers un
vaste espace urbain inaccessible.
La carte montre la délimitation de la
zone inaccessible, qui couvre 24 ha le
long de l’oued El Mehraz, ainsi que sa
localisation par rapport aux facultés
existantes et au centre-ville. Les
trois coupes urbaines montrent la
profondeur de la vallée qui augmente
progressivement en montant vers
le nord, rendant cette zone la plus
concernée par la problématique
d’inaccessibilité, accentuée par la
présence du chemin de fer.
182

La structure comme langage architectural
ACCESSIBILITÉ ET MOBILITÉ
183

La structure comme langage architectural
L’accès au site est possible via un réseau de voies principales : depuis le rondpoint
de la Fiat par la route de l’Hôpital Ghassani, depuis le centre-ville par
l’avenue Mohammed Es Slaoui, qui constitue un axe transversal et se termine
en cul-de-sac, depuis Atlas par l’avenue Al Joulane, et depuis le quartier Sidi
Brahim par l’avenue Iben Al Haytam. Il est à noter qu’un grand nombre de ces
voies aboutissent à des impasses, ce qui engendre une discontinuité urbaine.
Les seuls moyens de transport public disponibles sont les bus, desservant les
lignes 54, 6, et 54. Il existe une seule station de taxis inter-régionale desservant
Sefrou, Bhalil et El Menzeh, et aucune station de petits taxis n’est présente.
Il n’existe pas de réseau cyclable, et la marchabilité est notablement absente.
Lors de la visite de site, plusieurs anomalies ont été remarquées par
rapport à la mobilité et à l’accessibilité urbaine, à savoir l’absence absolue
d’une hiérarchie des voiries : toutes les voies ont des largeurs similaires,
même dans le cas des axes principaux. L’existence de nombreuses
friches urbaines rompt la fluidité de la circulation, il y a un manque
de chemins piétons, et parfois les étudiants empruntent des voies
carrossables pour accéder aux départements de l’université. Il y a aussi
une absence de stations de bus, bien que la zone connaisse un nombre
important d’utilisateurs, et une insuffisance des transports publics.
Au niveau du flux, le quartier connaît un flux important seulement aux heures
de pointe et à proximité de l’université, sinon Dhar El Mehraz connaît une faible
fréquentation, ce qui crée une ambiance désertée et insécurisée, accentuée
davantage par les zones enclavées au niveau des zones résidentielles
précaires et de l’espace public dégradé.
Conclusion
En conclusion, le site est traversé par deux grands axes routiers se croisant
à angle droit au centre. Ils aboutissent à des impasses à leurs extrémités,
délimitées par une zone verte non aedificandi, entraînant ainsi des problèmes
d’accessibilité et de sécurité. Le site est généralement caractérisé par une
rupture urbaine avec les autres parties de la ville.
184

La structure comme langage architectural
ANALYSE HISTORIQUE
Dar-El-Marés vers 1920, source :
wordpress.com
185

La structure comme langage architectural
Le quartier de Dhar El Mehraz s’est développé à partir d’un village rural, et
l’origine de son nom suscite diverses interprétations. Certains pensent
que « Mahrès » vient de « mihraz », signifiant pilon, en référence à une
colline ressemblant à un pilon renversé, tandis que d’autres pensent
qu’il est lié au verbe « harasa », démolir, suggérant une maison démolie à
cet endroit. Cependant, selon René Basset, « mahrès » signifie enceinte
fortifiée ou corps de garde. Ainsi, Dar Mahrès serait plutôt Dhar Mahrès,
signifiant le coteau du poste de garde, un petit fort avancé des murailles
de Fès où un poste de garde surveillait la Médina depuis une colline. 1
Le quartier possède une histoire riche, remontant à l’époque coloniale,
avec l’implantation d’un camp militaire à côté d’un cimetière européen en
1932, et le transfert de l’hôpital mixte d’Auvert (actuellement Ghassani) en
1934 au nord de Dhar El Mehrez, après avoir été installé en 1911 en bordure
sud de la médina, à Ras-Jnan, à l’intérieur des remparts de Bab-el-Hadid.
En 1950, suite à l’exode rural, le douar Bab el Ghoul s’est formé,
devenant un bidonville avec des baraques. La première faculté établie
à Fès fut la Faculté des Lettres, créée en 1961 à Dhar El Mehrez en
tant qu’annexe de la faculté de Rabat, avec un seul département
dédié aux études arabes. En 1973, elle obtint le statut d’établissement
autonome sous la tutelle de l’Université Mohamed V de Rabat.
Avec la création de l’Université Sidi Mohamed Ben Abdellah à Fès en 1975, cette
faculté forma, aux côtés de la Faculté de Droit, le premier noyau de la nouvelle
université. En 1980, la Faculté des Sciences fut créée pour les études de
mathématiques, de physique et de sciences de la vie. Depuis lors, elle n’a cessé
de croître pour devenir l’une des facultés les plus importantes du Royaume.
Conclusion : L’histoire du site peut être considérée comme riche et diversifiée,
1 Selon le texte de Pierre Bach écrit en mars 1961, dans son livre À l’Ombre du Zalagh, Madinat
Fas, wordpress.com
186

La structure comme langage architectural
ANALYSE TYPO-MORPHOLOGIQUE
187

La structure comme langage architectural
Analyse du tissu de voirie
Voie structurante : Il existe deux voies structurantes de la ville qui sont
en relation avec le site, d’une manière directe ou indirecte : le boulevard
Allal El Fassi au nord, l’avenue Hassan II et l’avenue des FAR à l’ouest, ainsi
que son extension, la route de Sefrou au sud, et la route d’Ouislane à l’est.
Voie principale :
Ce sont les voies principales du site : Avenue Mohammed Es Slaoui, qui relie
directement le site au centre-ville, précisément à l’avenue Mohammed V.
Avenue Lieutenant Colonel Lamselly, caractérisée par un cul-desac
à ses deux extrémités, créant ainsi une discontinuité avec le
réseau routier et entraînant un manque de sécurité et d’accessibilité.
Avenue Al Joulane : elle relie l’avenue Mohammed Es Slaoui au rond-point Atlas.
Rue du Sinaï et son extension Rue du Ravin : il s’agit d’une structure viaire
linéaire qui se développe le long de l’oued El Mehrez. Bien qu’elle conserve une
hiérarchie modeste en tant que rue, il est possible d’exploiter le potentiel de
cet axe et de le transformer en un axe urbain en développant un urbanisme
linéaire et en mettant en valeur le potentiel paysager de l’oued El Mehrez.
Route de l’Hôpital Ghassani : il s’agit d’une petite structure viaire
unidirectionnelle qui remplit une fonction limitée en assurant
la liaison entre l’hôpital El Ghassani et le début du centre-ville.
Voie secondaire : Ce sont les rues et voies de petite
emprise qui desservent l’intérieur de chaque quartier.
Conclusion : Le tissu viaire est généralement caractérisé par
une discontinuité et un manque de maîtrise des jonctions.
188

La structure comme langage architectural
Lors de l’analyse du
tissu parcellaire, nous
remarquons une diversité
de formes et de tailles
qui peut être expliquée
par le décalage dans les
phases du développement
historique. Cette diversité
se distingue généralement
par un aspect de nonhomogénéité
et par
l’absence d’une logique
globale qui peut lier les
différentes parties du
quartier. Nous remarquons
aussi un contraste entre
les formes urbaines sur la
rive de Dhar el Mahraz et
celles du centre-ville, où le
tissu viaire et parcellaire
tend à converger vers un
centre géométrique : le
rond-point « Fontaine Le
Globe Terrestre ».
189

La structure comme langage architectural
ANALYSE ARCHITECTURALE
En analysant le
gabarit et les formes
architecturales en
comparaison avec
les fonctions, nous
remarquons que le
gabarit dans les zones
résidentielles est
généralement en R+3,
avec une architecture
caractérisée par des
proportions cubiques
et une absence
totale d’expression
structurelle.
En
revanche, au niveau des
universités, le gabarit
est plutot diversifié
avec quelques exemples,
bien que peu nombreux
mais intéressants,
d’expression
architecturale au
travers d’une structure
brute en béton armé.
(Image n° 6 : l’intérieur
de la faculté des
sciences)
1 2 3
4 5 6
7 8 9
190

La structure comme langage architectural
ANALYSE DU VIDE URBAIN
191

La structure comme langage architectural
Analyse du vide urbain
Conclusion
Malgré le potentiel environnemental
et végétal du site et sa densité
relativement faible par rapport aux
autres quartiers de la ville, aucun
espace vert public, tel que des jardins
ou des parcs, n’est aménagé. Les
zones à protéger, bien que dotées
d’une végétation riche, sont très mal
entretenues et traitées.
Étant donnée la faible densité
urbaine sur la majorité de la
superficie du site, de vastes
espaces de vide urbain existent :
Le plus grand de ces vides urbains
est constitué d’une coulée verte
située dans la zone ouest du site,
le long de l’oued El Mehraz. Cette
zone est définie dans le schéma
directeur et le plan d’aménagement
comme un espace vert à préserver.
Cela explique son statut de nonaedificandi,
qui est accentué
davantage par sa faible accessibilité
due à la topographie du terrain.
Le reste des espaces vides est
constitué de friches urbaines ou
de vastes terrains non aménagés
à l’intérieur des équipements,
comme celui de la base militaire.
Cependant, la plupart de ces
espaces vides ne sont pas
exploités, et il n’y a aucun espace
public, ni parc, ni jardin public
Paysage naturel
En général, le site est entouré de
terrains naturels vierges, offrant des
vues panoramiques depuis le vallon
de l’oued El Mehrez et la forêt située
au nord-est du site.
192

La structure comme langage architectural
ANALYSE FONCTIONNELLE
Même si le site abrite d’importants établissements universitaires, environ
30% de sa superficie est réservée aux établissements militaires, notamment
la base militaire et la Fondation Hassan II pour les Anciens Militaires à Fès.
Le site comprend également deux grandes zones résidentielles, dont le
quartier Lido. La plupart de ces résidences se caractérisent par un aspect
précaire et informel, ce qui a une influence négative sur le paysage urbain
du quartier dite «universitaire». Un autre élément structurant du site est
le grand hôpital Ghassani, qui attire un grand nombre de visiteurs. De plus,
le site présente un caractère industriel influencé par le quartier voisin Sidi
Brahim.
193

La structure comme langage architectural
ANALYSE ADMINISTRATIVE
En comparant cette analyse avec les projections du plan d’aménagement,
nous remarquons que le PA est plutôt orienté vers des équipent de
tourisme et le développement d’habitat économique sans une prise en
considération de la nature universitaire du quartier Dhar El Mehraz,
194

La structure comme langage architectural
ANALYSE SOCIO ÉCONOMIQUE
195

La structure comme langage architectural
L’analyse socioéconomique montre une prédominance de population modeste
et pauvre, dont une partie vit dans des habitats non réglementaires. La plupart de
cette population est constituée d’étudiants des facultés de Dhar El Mahraz, qui
résident en location ou en cité universitaire. Une grande partie est constituée
de retraités des services militaires, tandis qu’une autre comprend des employés
du quartier industriel de Sidi Brahim. Le quartier de Dhar El Mahraz se caractérise
par son aspect de banlieue en raison de la structure précaire de ses bâtiments,
ainsi que de l’isolement et de la marginalisation par rapport au reste de la ville.
Le quartier connaît une absence de sécurité marquante, à tel point qu’à un
certain moment, il inquiétait même la police, en raison des activités criminelles
présentes sur le site, ainsi que des activités extrémistes de groupes d’étudiants
nommés « Les Camarades », qui organisent des protestations pour exprimer
leur colère face aux conditions médiocres de leur vie universitaire.
196

La structure comme langage architectural
ANALYSE ENVIRONNEMENTALE
197

La structure comme langage architectural
SYNTHÈSE
198

La structure comme langage architectural
PROPOSITION URBAINE
199

La structure comme langage architectural
La proposition urbaine envisagée vise à traiter les problématiques générales du site à travers les
objectives suivantes :
À l’échelle urbaine
- Connecter le quartier Dhar El Mahraz avec les zones voisines et surtout avec le centre-ville à
travers les grands axes urbains, et concevoir un tissu urbain qui s’intègre dans le réseau viaire
de la ville, afin de créer une circulation fluide et de renforcer l’accessibilité et la sécurité publique.
- Créer une diversité de fonctions qui répondent aux besoins de la ville, des habitants du quartier
et des étudiants des universités, avec une vocation universitaire dominante. Cette polyvalence est
pensée pour créer une activité dynamique, ce qui peut augmenter le flux et la fréquentation, et par
conséquent résoudre le problème d’insécurité.
- Mettre en valeur le couvert végétal riche en créant des espaces verts et des parcs publics.
À l’échelle du site d’intervention
- Créer des équipements publics structurants tout au long du site d’intervention, qui constitue
toute la zone inaccessible de 24 ha. Ces équipements comprennent les principaux services
manquants dans le quartier universitaire.
- Créer des structures qui facilitent l’accessibilité au site et créent une connexion entre le quartier
Dhar El Mahraz et le centre-ville en suivant les axes urbains.
À l’échelle du projet architectural
- Choisir la fonction la plus importante pour le quartier universitaire «centre de recherche» et
l’implanter dans une localisation centrale favorable pour marquer la connexion entre les universités
et le centre-ville à travers un axe central, tout en employant une structure iconique qui marque le
paysage urbain et augmente la lisibilité du site.
200

La structure comme langage architectural
La conception urbaine est caractérisée par un urbanisme radial où le tissu
du quartier rejoint le réseau du centre-ville qui converge vers le grand rondpoint,
afin de valoriser la liaison urbaine en suivant les axes urbains principaux.
L’implantation et l’orientation des bâtiments, qui créent des liaisons linéaires
au niveau du site, suivent également ces axes afin d’atteindre une intégration
mutuelle entre l’urbanisme et l’architecture.
Le reste du tissu viaire suit les formes des courbes de niveau de la
topographie afin de faciliter la circulation et l’accessibilité, ce qui donne un
aspect organique au tissu urbain tout en préservant une continuité et une
transition formelle et urbaine avec le tissu existant.
il est important de noter que d’autres connexions urbains sont créés autre
que celle avec le centre ville, comme c’est le cas au niveau de la route Ouislane
et au niveau de la zone Agdal.
201

La structure comme langage architectural
La maille centrale concrétise le deuxième point fort de la
conception, à côté de sa centralité et de son intégralité, car
elle constitue, d’une part, une structuration du tissu urbain en
mettant en valeur le couvert végétal le long des axes principaux.
Ce concept vise à instaurer une continuité d’écosystème et de
couvert végétal retrouvé dans l’environnement du quartier de Dhar
El Mahraz, et, d’autre part, elle introduit une fluidité organique
au niveau de la transition avec le parc urbain implanté au nord du
quartier industriel, visant à bloquer la pollution sonore et de l’air.
La maille centrale sert de promenade verte qui encourage
la marchabilité, surtout le long de l’axe longitudinal qui
met en valeur la vue panoramique des montagnes en face.
Ces espaces verts abritent des kiosques de restauration, des espaces de
détente et de rencontre pour les étudiants et les habitants, ainsi que des
espaces de jeux et de sport.
202

La structure comme langage architectural
203

La structure comme langage architectural
La conception fonctionnelle du site est pensée de manière à intégrer
une diversité de services afin de favoriser une certaine mixité et
polyvalence, tout en se concentrant sur la fonction universitaire du site.
De nouvelles universités et instituts sont implantés en continuité avec les
facultés existantes.
Il peut s’agir d’instituts et d’écoles complètement nouveaux, comme l’Institut
d’astronomie, de patrimoine et d’archéologie, ou d’écoles qui se sont déplacées
pour créer un pôle universitaire unifié, dont la localisation est beaucoup plus
favorable et centrale par rapport aux services et zones d’habitations.
L’implantation des universités se fait au niveau de trois zones : la zone
en continuité avec les facultés existantes à droite de la maille centrale,
une zone à gauche, beaucoup plus décalée vers le nord, qui centralise l’axe
central convergeant vers le centre-ville, et comprend également deux cités
universitaires en contiguïté avec la zone résidentielle.et la troisième zone,
plus petite, sur la rive gauche du site d’intervention, du côté du centre-ville
et parallèle à la deuxième zone. Cela a pour but de répartir les universités
de manière équilibrée dans tout le quartier.
La deuxième fonction dominante est la zone résidentielle et polyvalente,
représentant 22 % de la superficie. Cette zone vise premièrement à
restructurer les zones d’habitat existantes tout en offrant des logements
en location à proximité pour les étudiants venant de loin, et maintenir une
polyvalence qui comprend des activités commerciales, économiques, de
restauration, etc., répondant aux besoins des habitants et offrant des
services de proximité aux étudiants.
Ensuite, la zone de services vise principalement à créer une continuité
fonctionnelle avec le centre-ville, dont la fonction dominante est de service.
Il est important de noter que 10 % de la superficie bâtie est réservée au
tourisme, avec des hôtels, des campings, des gîtes, des fermes d’agritourisme
et d’éco-tourisme.
Ces projets sont surtout implantées aux limites du quartier pour profiter
du paysage naturel et renforcer la fréquentation en dehors des périodes
d’études.
D’autres fonctions sont implantées au niveau du site d’intervention, comme
les équipements culturels, notamment la résidence artistique au nord, qui
crée une transition entre la fonction touristique et la fonction universitaire
et culturelle, le musée des sciences et le pavillon du livre « L’Hafra » qui
représente une restructuration de l’ancienne librairie (bâtie avec des
structures précaires) de livres d’occasion. Ce dernier incarne un véritable
patrimoine immatériel du quartier. par conséquent le site d’intervention
regroupe des équipement avec une thématique unifiée sous forme d’un
campus d’innovation qui regroupe l’art la science, la recherche, l’innovation
et la lecture tout en abritant des terrains de sport dans la partie sud.
D’autres équipements sportifs sont également implantés, soit sous
forme d’équipements bâtis, comme le complexe sportif couvert, soit
sous forme de terrains de proximité au niveau de la la maille centrale.
Ces fonctions sont toutes équilibrées entre la rive gauche et la rive droite du
site en ravin, afin de répartir la fréquentation et le flux.
204

La structure comme langage architectural
Les hauteurs du bâti urbain sont pensées de manière à valoriser et intégrer
le projet architectural, en créant une connexion entre la différence de niveau
du terrain et du bâti, afin de compenser la hauteur de la vallée sur le site
et, par conséquent, celle du projet architectural. Au niveau des limites du
quartier qui bordent les collines vertes, le gabarit est réduit, d’une part pour
ne pas bloquer la vue panoramique et les vents, et d’autre part pour intégrer
les bâtiments dans le paysage naturel. La zone du côté de la rive gauche du
site est conçue pour créer une continuité entre le tissu existant du centreville
et le quartier Dhar El Mahraz.
205

La structure comme langage architectural
La hiérarchie de la voirie met en valeur le projet architectural en implantant un
axe structurant reliant le rond-point La Fiat au quartier, tout au long du site
en direction d’Atlas, et en renforçant la mobilité et l’accessibilité intermodale
dans ces axes. Les axes viaires principaux sont conçus pour valoriser la maille
centrale végétale et faciliter la circulation entre le campus universitaire
et le centre-ville en passant par le campus de recherche et d’innovation.
La largeur des voiries est pensée pour garantir une marchabilité confortable
le long des alignements d’arbres, un réseau de circulation cyclable réservé, et
une circulation fluide des transports publics.
206

La structure comme langage architectural
CAMPUS D’INNOVATION
Pavillon du livre
La La structure du
pavillon du livre est
constituée d’une
structure tendue avec
une paroi en textile
(ETFE) translucide
afin de symboliser
l’aspect temporaire
de l’espace existant
et de maintenir
l’esprit du lieu, tout
en restructurant les
cabines de vente
dans un parcours audessus
de la structure
principale.
207

La structure comme langage architectural
Structure en tenségrité
Structure en coque
funiculaire
Structure en arbre
La structure de la résidence d’art et du musée des sciences :
Ces structures sont implantées de manière presque symétrique dans les parties
sud et nord du projet principal. La structure en arc linéaire représente un rappel
symbolique des grands arcs des portes de la médina de Fès et, en même temps,
constitue une solution structurelle pour traverser la portée du site lors de la
conception des bâtiments ponts en porte-à-faux. Elles n’ont cependant pas été
choisies pour le grand projet central en raison de leurs proportions modestes à
l’opposé de l’aspect iconique et imposant de la structure suspendue dotée de
gigantesques pylônes.
Exposition des structures artistiques
L’aménagement extérieur consiste en des parcs publics accessibles au grand public
indépendamment de la fonction des bâtiments. Ils abritent des zones de détente,
des espaces pour pique-nique, particulièrement pour les utilisateurs du campus
d’innovation, ainsi que des zones d’exposition en plein air. Ils incluent aussi une
exposition permannete des structures expressives qui symbolisent l’histoire et le
patrimoin culturel du quartier «Dhar El Mahraz»tout en jouant le rôle de structures
ombragées pour accueillir des activités en plein air.
208

La structure comme langage architectural
PLAN DE MASSE
209

La structure comme langage architectural
210

La structure comme langage architectural
PLAN D’ENSEMBLE, CENTRE DE
RECHERCHE ET D’INNOVATION
Plan RDC
211

La structure comme langage architectural
CONCEPT
La structure du bâtiment est conçue
sur plusieurs niveaux afin d’instaurer
une certaine hiérarchie architecturale.
Le premier niveau se distingue par des
pylônes gigantesques qui soutiennent
la structure suspendue du bâtiment.
La forme architecturale de ces pylônes est
pensée avec une inclinaison vers le sens
opposé du bâtiment, pour créer un équilibre
qui compense le contrepoids. Sur le plan
architectural, cette conception symbolise une
image figurative de deux personnes, chacune
sur l’une des rives du ravin, qui tentent de
tirer l’autre vers elles pour se rapprocher.
C’est une métaphore simplifiée de l’intention
de connecter, ou plutôt d’approcher, l’autre
côté, alors que les conditions actuelles du site
ne permettent pas une accessibilité aisée.
Cette représentation poétique de deux côtés
séparés, qui cherchent toujours à atteindre
l’autre rive, illustre un désir d’union et de lien,
malgré les obstacles existants.
212

La structure comme langage architectural
Plan RDC :
<Voir les plans
détaillés
213

La structure comme langage architectural
Au niveau du plan, les chemins de circulation
sont conçus en suivant les courbes
de niveau pour réduire au maximum
la pente et renforcer l’accessibilité
piétonne, carrossable et cyclable.
En coupe, le chemin de fer est enterré en
profondeur, tandis que la structure des
pylônes crée une différence dramatique
de niveaux en comparaison avec le bâti.
La conception architecturale des
pylônes
La conception du bâtiment suspendu
qui ‘est conçu d’une manière assez
simple pour laisser la chance à la
structure pour s’exprimer , le bloc est
percé pour faire rentrer la lumière à
l’intérieur mais aussi aux plantes et
arbres préservés sur le site
La forme des autres blocs
sont générées à travers des
transformations simples comme la
transition, la division et la rotation
Le projet est donc constitué de deux
parties séparées par la maille centrale
afin de centraliser le projet par
rapport à l’urbain, en revanche, elles
sont liées par une passerelle piétonne,
ce qui crée une connexion entre
l’architecture et l’infrastructure.
214

La structure comme langage architectural
PROGRAMME
215

La structure comme langage architectural
CIRCULATION
Le programme du centre de recherche inclut trois blocs :
- Un bloc principal, marqué par une façade distincte, qui comprend un système d’accueil et
d’inscription, un auditorium pour les conférences et événements, qu’ils soient internes au centre
ou liés au quartier universitaire, un espace d’exposition avec une zone de pause-café.
Cependant, les principales fonctions de ce bâtiment sont la zone d’étude, en groupe ou individuelle,
la zone de collaboration pour les jeunes auto-entrepreneurs et chercheurs, une médiathèque
avec une zone audiovisuelle et des espaces d’apprentissage. Ce bloc inclut également les
principaux espaces de service, de logistique, de sécurité, des locaux techniques, ainsi qu’une
zone administrative et une zone de restauration de livres, attenante à un espace d’exposition
des anciens ouvrages. Des espaces de détente et de restauration sont également prévus.
- Le deuxième bloc, constitué d’un seul étage, comprend une grande bibliothèque divisée en
trois zones selon les catégories d’utilisateurs : jeunes, étudiants universitaires et chercheurs.
- Le troisième bloc est connecté aux deux premiers par une passerelle piétonne. Il comprend des
laboratoires scientifiques de biologie, physique, chimie, et sciences informatiques, ainsi que son
propre système d’accueil et d’inscription, des bureaux administratifs, et sa propre zone de service
et de logistique.
216

La structure comme langage architectural
Vue 1
217

La structure comme langage architectural
218

La structure comme langage architectural
COUPE A
219

La structure comme langage architectural
220

La structure comme langage architectural
COUPE B
221

La structure comme langage architectural
222

La structure comme langage architectural
COUPE C
COUPE LONGITUDINALE,
RÉSIDENCE D’ART
223

La structure comme langage architectural
224

La structure comme langage architectural
COUPE D
225

La structure comme langage architectural
226

La structure comme langage architectural
Vue 2
227

La structure comme langage architectural
228

La structure comme langage architectural
Vue 3
229

La structure comme langage architectural
230

La structure comme langage architectural
FAÇADES
231

La structure comme langage architectural
232

La structure comme langage architectural
233

La structure comme langage architectural
234

La structure comme langage architectural
Vue d’intérieur 1
235

La structure comme langage architectural
236

La structure comme langage architectural
STRUCTURE ET
CONSTRUCTIVITÉ
La conception de la structure en treillis est pensée pour être exposée
à l’extérieur, tandis que la paroi architecturale se situe à l’intérieur, une
configuration inversée par rapport à ce à quoi nous sommes habitués.
Les planchers sont construits en béton précontraint avec des caissons
vides visibles pour réduire leur poids, tandis que les murs sont constitués
de matériaux légers multicouches dont la conception prend en compte
l’isolation thermique, acoustique et l’étanchéité, tout en favorisant des
matériaux écologiques. Un recul des murs extérieurs est prévu, surtout
dans la partie sud, pour protéger les espaces du rayonnement solaire
durant l’été grâce à une casquette solaire. Ce recul crée une zone de
circulation fonctionnelle en galerie.
237

La structure comme langage architectural
Afin d’éviter le vis-à-vis entre les zones de circulation et les espaces intérieurs. Seul l’étage
supérieur est doté d’une ouverture continue, tandis que l’étage inférieur favorise l’éclairage
naturel grâce à des cours intérieures donnant sur des espaces verts. Les ouvertures continues
sont constituées de panneaux en polycarbonate, un matériau léger et translucide visant à
diminuer la surchauffe des espaces en été et à limiter le vis-à-vis, notamment dans les parties à
un seul étage.
Échelle : 1/100
238

1
1 : Section de la poutre transversale
2:Dalle à caisson en béton
précontraint
3:Canalisations
4:Chape flottante
5:Revêtement
6: Joint antivibratoire
7:Plinthe
8: Couche de laine de roche
9: Couvertine symétrique
10: Étanchéité
2
1 : Joint antivibratoire
2:Panneau de finition intérieure
3:Placo plâtre BA 13 mm x 2
4:Couche de 5cm en mousse
polyuréthane
5:Montants en acier
6: Couche de 1cm de laine de roche
7:mastic d’étanchéité
8: profilé antivibration
9: Plinthe
10 : Parement extérieure
11: Pare vapeur (intérieur)
12:Pare-air étanche
13:recouvrement
14:Placo platre BA 13mm
3
1 : Panneaux de finition
2: Placo plâtre BA 13 mm
3:Isolation acoustique, en montants
décalés, en laine de roche
4:Montants en acier
5: Placo plâtre BA 13 mm x2
6: Panneaux de finition
7:structure du mur
8: Joint
Échelle : 1/20

La structure comme langage architectural
4
1 : couche d’isolation thermique
2: Canalisation
3: Fils d’électricité et d’éclairage
4:Vérin
5: Isolation acoustique
6: Joint antivibratoire
7:Plancher surélevé
8: Membrane d’étanchéité
9: Revêtement de sol
10: Points lumineux
5
1 : Joint
2: Profilé de drainage
3:Menuiserie
4:Panneau de polycarbonate
5: Profilé en métal
6: Montant en bois
6
1 : Section de la structure extérieure
2: Dalle en béton précontraint
3:Canalisation
4:Isolation thermique
5: Mastic d’étanchéité
6: Finition périphérique
7:Socle du garde-corps en béton
Échelle : 1/20
240

La structure comme langage architectural
241

Vue 4
Vue 5
242

La structure comme langage architectural
Vue 6
243

La structure comme langage architectural
244

La structure comme langage architectural
TABLEAU DE SUPERFICIES
DU PROJET
Projet principal : Centre de recherche
Bloc central (RDC) : 5250 m² 18% circulation
Zone d’accueil principale :
Espace Superficie en m²
Bureau
19
d’admission
Bureau
11,4
d’inscription
Bloc sanitaire 65,7
Poste accueil 25,7
Espace de 225
rencontre et de
détente
Hall d’accueil 132,5
Totale 480
Auditorium et annexes :
Magasin des 59,75
costumes
Stockage 43.10
Salle de contrôle 16,78
technique
Local technique 11,59
Local technique 9,21
Bloc sanitaire 39,00
Régie Lumière 8,27
Foyer 231,45
Régie vidéo et 8,26
protection
Régie son 7,34
Régie électricité 8,86
Auditorium 538,54
4 x Local 40
technique
Salle de contrôle 15,97
technique
Atelier 52,87
Stockage pour 19,14
exposition
Local technique 9,12
Local technique 11,72
Vestiaire des 7,40
personnelles
Vestiaire des 7,11
personnelles
Cuisine 13,20
Comptoir café 18,30
Espace
337,87
d’exposition
Local technique 11,09
Salle
de 43,11
répétition
Atelier de 23,45
maintenance
2 x Vestiaire 20
2 x WC 10
2 x Salle de 36
préparation
Salle de coulisse 17,13
Salle de coulisse 16,30
Dépôt 19,27
Studio 52,87
Local technique 10,98
Totale 1752
245

La structure comme langage architectural
Zone du logistique
Stockage 39,04
Poste de 24,83
commande des
fournitures
Bureau contrôle 24,83
de qualité
Bureau
24,83
responsable
Zone de tri 77,60
Totale 191
Espace d’étude :
Espace d’étude 163,40
individuelle
Espace de 138,17
concentration
Espace d’étude 259,89
en groupe
Totale 561,46
Zone de collaboration
Poste d’accueil 15,33
Bloc sanitaire 65,70
Salle d’animation 42,28
culturelle
Salle
de 35,25
formation
3 x Salle de 78
réunion
Bureau
25,12
d’expertise
Archives 25,60
Salle
de 69,39
projection
Espace ouvert 206,91
de collaboration
Bureau de 24,56
consultation
Totale 590
Espace de restauration
Café restaurant 456,60
Cuisine 50,67
Local technique 9,12
Stockage 10,68
Salle propre 4,19
WC 2,70
Vestiaire 4,95
Vestiaire 4,50
Bloc Sanitaire 43,20
Totale 587
Bloc central (RDJ) : 5150 m²
30% circulation
Espace d’exposition des collections
rares
Hall d’accueil 107,96
pour exposition
Vestiaire 29,60
Poste de 7,56
sécurité
Espace
426
d’exposition
Salle
de 85,96
projection audiovisuelle
Stockage 55,60
Bloc Sanitaire 65,70
Total 778,38
246

La structure comme langage architectural
Zone de restauration des livres
Zone de séchage 32,69
Salle
de 18,60
conservation
temporaires
Zone
de 43,68
numérisation
Local technique 7,22
Laboratoire 30,58
chimique
Local
de 26,32
préparation
SAS 6,15
2 x Local de 26,00
préparation
Atelier de 31.03
restauration
physique
Bloc sanitaire 6,56
Vestiaires 18,64
Zone
de 39.07
dépoussiérage
Stockage 26,42
Zone de réception 67,07
et de tri
Bureau de 29,25
Contrôle de
qualité
Totale 634
Locaux techniques
Local des
extincteurs
et Détection
incendie
Local technique
d’électricité
Local des UPs
(Salle des
onduleurs)
9,12
10,36
9,37
Local technique 90
de Système CHC
Stockage 17,67
Total 200
Zone de sécurité :
Local des 34,96
serveurs
Salle
de 17,67
surveillance
Salle de 19,64
Local technique 9,56
de sécurité
Total 81,83
Zone de service :
Salle de repos 16,28
Salle de repos 15,59
Vestiaire 6,39
Vestiaire 6,12
Salle de déchet 7,87
Stockage
10,67
matériel
Salle propre 24,24
Bloc sanitaire 10,24
Stockage de 51,42
fourniture
Total : 150
Zone audio-visuelle
Centre
92,32
d’information
numérique pour
les personnes en
difficulté
Centre des 54,24
ressources
internet
247

La structure comme langage architectural
Zone administrative :
Zone
240
d’apprentissage
numérique
Poste de 6,71
sécurité
Vestiaire 34,79
Zone
de 80,07
collection
multimédia
Stockage 13,85
Imprimerie 18,68
Bureau assistant
informatique
Salle de support 22,18
informatique
Poste d’accueil 7,86
Zone Audiovisuelle
353,04
Zone
de 95,44
collection
multimédia
Totale : 1080
Bureau
25,71
Responsable RH
Bureau
25,71
Responsable des
ressources
Bureau manager 25,22
spécialisé
Archives 10,73
Bureau sousdirecteur
16,98
Bureau de 14
secrétariat
Bureau de 20
directeur
général
Salle de réunion 34
Bureau manager
spécialisé
25,22
Total 200
Bibliothèque (RDC) : 4900 m²
20%circulation
Espace d’accueil
Espace de 282
détente
Vestiaire
34
commun
Bloc Sanitaire 64
Poste d’accueil 14
Poste de 12
Sécurité
Total : 406
Zone des jeunes :
Espace lecture 516
jeunes
Sas d’entrée 23
Poste d’accueil 5
Bureau de prête 15
Salle de scanne 17
Total : 576
Zone étudiants :
Espace lecture 475
étudiant
Salle de scanne 33
Sas d’entré 37
Poste d’accueil 5
Bureau de prête 20
Vestiaire 25
Poste de 6
sécurité
Espace de 116
détente
Totale 717
248

La structure comme langage architectural
Zone chercheurs :
Espace lecture 605
chercheurs
Bureau de prête 31
Salle de scanne 39
Stockage des 38
livres
Poste de 9
sécurité
Sas d’entré 38
Espace de 276
détente
Vestiaire 30
Totale : 1066
Zone de lecture spéciale :
Espace de 130
lecture mal
voyant
Espace des 129
périodiques
Collection des 147
livres Rares
Stockage des 154
livres
Total : 560
Laboratoire (RDC) :
6600 m² 30% circulation
Zone d’accueil :
Salle des 37
séminaires
Salle
de 80
conférence
Bureau de 50
publication
Zone
de 78
consultation des
publications et
de recherche
Bloc sanitaire 65
Total 310
Zone administration
Bureau directeur 26
Bureau
21
secrétariat
Salle de réunion 25
Espace
28
d’attente
Aide financier 28
Bureau
21
d’inscription
Espace
20
d’admission
Salle d’attente 26
Archives 21
Poste d’accueil 24
Total 240
Laboratoire biologie
Espace d’accueil 35
Salle
de 72
formation x2
Bureau X3 15
Bureau 25
Stockage 23
Vestiairesx2 20
WC 16
WC pour PMR 5
Chambre froide 11
négative
Chambre froide 18
positive
Salle
de 33
congélation
Labo
51
kinésiologies
Séquençage 44
249

La structure comme langage architectural
Sas 6
Chambre noire 13
Biologie
81
moléculaire
Sas x 2 12
Salle Mix 15
Labo N3 48
Sas x 3 7
Laverie 7
Salle de déchet 7
Autoclave 7
Totale 520
Laboratoire chimie
Halle d’accueil 45
Vestiaires x 2 20
WC 16
WC pour PMR 5
Salle
de 72
formation
Bureau X3 15
Bureau 27
Laverie 7
Salle de déchet 7
Autoclave 7
Salle d’analyse 24
Laboratoire 48
Salle
de 15
préparationx2
Sas 7
Laboratoire 72
Sas x2 12
Laboratoire 80
Laboratoire 41
Sas 6
Salle
de 13
préparation
Laboratoire 50
Stockage 44
Chambre froide 23
Local technique 6
Total 662
Laboratoire physique
Hall d’accueil 35
Salle
de 72
formation
Bureau X3 15
Bureau 27
Vestiaires x 2 20
WC 16
WC pour PMR 5
Laboratoire X2 144
Sas 6
Salle
de 26
préparation
Laboratoire 50
Salle
de 22
préparation
Salle des essaies 40
Salle
de 21
simulation
Stockage 46
Laverie 7
Salle de déchet 7
Autoclave 7
Total 566
Laboratoire sciences informatiques
Hall d’accueil 60
Bureau X3 15
Bureau 30
Vestiaires x 2 20
WC 16
WC pour PMR 5
Stockage 18
250

La structure comme langage architectural
Chambre des 13
serveurs
Salle
de 8
communication
Local IT 10
Atelier Computer 170
scienceX2
Laboratoire 90
informatique
Labo
45
développement
Salle
de 27
préparation
Laboratoire de 39
robotique
Total 566
Zone d’accueil et de connexion avec
la passerelle
Hall d’accueil 75
Poste d’accueil 13
Bureau 22
Bloc sanitaire 65
Poste de 20
sécurité
Local technique 14
Total 209
Laboratoire (RDJ) :
940m² 30% Circulation
Zone de collaboration
Laboratoire 82
d’innovation
technologique
Espace
66
d’évaluation des
projets
Ateliers
55
Prototypage
Espace de 108
collaboration
Salle de réunion 30
Total : 341
Zone de service et de logistique
Salle
de 18
surveillance
Salle
20
d’équipements
Local technique 9
Espace de 50
réception et de
tri
Bureau contrôle 27
de qualité
Bureau
27
responsable
Salle de repos 38
Salle
de 12
nettoyage
Salle propre 8
Salle de déchet 8
Vestiaires X2 26
WC 5
Total 250
251

La structure comme langage architectural
Projet secondaire: Résidence artistique
RDC : 1650m² 26% circulation
Espace
Superficie en
m²
Hall d’accueil 100
Poste d’accueil 19
Bloc sanitaire 66
Espace de
21
réception
Stockage 33
Local technique 6
Espace
530
d’exposition
artistique
Café restaurant 290
Cuisine 60
Zone de service 62
Boutique 40
Total 1230
Étage : 3500m² 34% circulation
Poste d’accueil 19
Ateliers x 5 470
Atelier polyvalent 109
de coworking
Espace technique 97
Stockage 52
Chambre de 65
surveillance
Secrétariat 36
Archives 36
Bureau art 36
manager
Bureau RH 36
Bureau sousdirecteur
38
Bureau directeur 36
Salle de réunion 70
Salle d’exposition 145
audio-visuelle
Stockagex2 74
Salle propre 28
Salle sale 24
Vestiaires 54
Chambre double 216
pour femme X6
Chambre simple 216
pour femme X6
Chambre double 216
pour homme X6
Chambre simple 216
pour homme X6
Total 2289
252