ARCHITECTURE CINÉTIQUE ADAPTATIVE ET PERFORMANCES

ARCHITECTURE CINETIQUE ADAPTATIVE ET PERFORMANCES02.

ENSAM - Mémoire de Master – Maxence Fromentin 2020 / 2021

Après l’introduction de l’architecture cinétique adaptative en première partie, en définissant les types et leurs spécificités, cette partie l’abordera d’une manière plus quantitative, par l’analyse de différents projets. En analysant les performances réalisées en termes d’adaptation spatiale et d’adaptation environnementale. En dernière partie, nous effectuerons une étude de cas sur les tours Al Bahr, qui est un des projets les plus ambitieux à ce jour en matière de façade dynamique. Les nombreuses informations disponibles sur ce projet me permettront de réaliser une analyse profonde sur la conception paramétrique, le fonctionnement mécanique et informatique, ainsi que sur les performances atteintes.

II.1 / ADAPTATION SPATIALE

II.1.a / Glissement

Figure 25 - The Shed- Diller Scofidio + Renfro (Source : 37) « The Shed » est le parfait exemple d'un projet architectural adaptatif, prenant en compte spatialement l’homme, la foule. En effet, il peut se transformer de sorte à changer de fonction spatiale pour la représentation d’œuvres et de performances requérant de grandes ou plus petites surfaces.37

37 https://dsrny.com/project/the-shed, Site de Diller Scofidio + Renfro, fiche du projet « The Shed»

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Diller Scofidio + Renfro ont conçu ce bâtiment, venant d’une commande d’une organisation culturelle à but non lucratif, créant et présentant différentes variétés de travaux artistiques. Le développement de ce projet s'est fait autour d’une idée bien précise : pouvoir s'adapter à tous les artistes, des plus petites performances jusqu'aux plus grandes. The Shed est un bâtiment de 8 étages qui se compose de plusieurs salles de répétition et de représentation. Comprenant entre autres 2 étages consacrés à des expositions artistiques ainsi que 2 grands théâtres.38 Enfin, le grand hall principal se transforme en « The McCourt » une scène immense pour les plus grandes performances et événements, qui se crée lorsque la coque extérieure télescopique se déploie en glissant le long des rails et empiétant sur la place attenante. Se déploie ainsi un gigantesque espace de réception de 1600 mètres carrés dont les lumières, le son et la température sont contrôlés. La salle peut accueillir 1 200 personnes assises ou 2 700 personnes debout.

Tout le plafond de la structure mobile fonctionne comme celui d’un théâtre avec des structures scéniques. Il est également possible d'agrandir encore plus cet espace en le combinant avec la galerie attenante pour créer un espace de 2700 mètres carrés. Lorsque

MOUVEMENT

LINEAIRE PAR

GLISSEMENT

ROUES PORTEUSES

Figure 26 - The Shed- Schéma de principe cinétique (Source : 39)

38 www.architonic.com, Fiche de projet « The Shed»

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la coque est rétractée, une grande place permet d'accueillir des prestations à l'extérieur. De grandes portes opérables au niveau de la Plaza permettent de connecter le bâtiment aux espaces publics à l’est et au nord, lorsqu’elles sont ouvertes. Le toit de « The Shed » culmine à 37 mètres et est composé d’un cadre en acier, rempli par des coussins semitransparents faits de polymère de téflon. Les propriétés de ce matériau en font un très bon isolant.39 Le mouvement de la coque, c'est-à-dire le glissement, se fait par des rails au pied et au sommet du bâtiment. On retrouve sous le bâtiment des rails sur lesquels d'énormes roues pourtant la coque. D'autres rails se trouvent également en toiture sur la partie non mobile du bâtiment (voir figure 22 ci-dessous). À la base du bâtiment, ce sont six énormes roues en fer forgé qui soutiennent toute la coque. L'installation sur la toiture non-mobile accueille le moteur de 280 chevaux du système, qui permet un déploiement de la coque en 5 minutes.

Ici, le système de mouvement cinétique motorisé se fait par glissement et permet de moduler la taille de l’espace, afin d’accueillir diverses performances artistiques ainsi qu’un nombre de spectateurs plus important. Dans le cadre d’une organisation spatiale scénique, d’autres systèmes cinétiques peuvent moduler l’espace.

Figure 27 - The Shed- Rails et roues (Source : 39)

39 www.gooood.cn/the-shed-by-diller-scofidio-renfro-rockwell-group.htm, Fiche de projet « The Shed»

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Figure 28 - Sliding House- drMM Architects (Source : 41)

Ce projet de maison individuelle a été construit dans la région de Suffolk au Royaume-Uni. La maison jouit d'un vaste jardin privatif en pleine nature. Le projet consiste à créer un lien entre trois volumes habités, qui se fait par un mouvement de glissement. Ces volumes abritent différents programmes tels que la maison, le garage et une annexe. Le garage a été volontairement retiré de l'axe pour ainsi créer un espace tampon extérieur entre les trois volumes (illustration ci-dessus). La liaison entre ces différents volumes se fait par une coque extérieure mobile, qui glisse le long du site pour créer différentes combinaisons avec les volumes. Elle mesure 28 mètres de long, pèse 50 tonnes et se déplace sur des roues encadrées par des rails. L’ensemble mobile forme une structure isolante qui passe au-dessus de l’annexe, de la maison et de la serre, créant des combinaisons d’enceinte, de vie en plein air et d’encadrement des vues en fonction de sa position.40

Différents espaces intérieurs mais aussi extérieurs peuvent donc être créés. On retrouve également un travail sur le cadrage des vues. Les moteurs nécessaires au mouvement ont été caché dans la coque mobile au niveau des roues. Ce sont quatre moteurs qui sont nécessaires pour mettre en mouvement la coque, alimentés par des batteries tirant leur énergie de panneaux solaires en toiture. Cette maison possède un potentiel d'extension

40 www.dezeen.com/2009/01/19/sliding-house-by-drmm-2/, fiche de projet « Sliding House»

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puisque le toit pouvant bouger tout le long de l'axe, le système de rails pourrait être étendu. Ainsi, d'autres modules pourraient venir s'insérer à la suite des bâtiments existants ; l'architecte évoque par exemple une piscine, qui pourrait être ajoutée et qui utiliserait la coque mobile comme abri.

Ce système permet de laisser le choix à ses utilisateurs d'un apport important ou moindre de lumière directe, sur des espaces intérieurs ou extérieurs et ainsi créer des scénarios de vie en fonction du paysage et de la météo. La « Sliding House » offre des espaces radicalement variables.41

Figure 29 - Sliding House- Principe de conception (Source : 41)

Figure 30 - Sliding House– drMM (Source : 41)

41 arch5541.wordpress.com/2012/10/11/material-interrogation-sliding-house/

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II.1.b / Rotation

Figure 31 - Apple Store Dubaï Mall- Foster + Partners (Source : 42)

Ce nouveau magasin d'Apple a été dessiné par Foster + Partners en collaboration avec le chef du design de la branche design d'Apple. Il est idéalement situé au pied de la tour Burj Khalifa et est placé juste en face des grandes fontaines de Dubaï, au sein du Dubaï Mall, un des lieux les plus fréquentés de la ville, avec plus de 80 millions de visiteurs par an. Il a été aménagé en périphérie du centre commercial de sorte qu'une immense façade vitrée s'ouvre sur l'espace public. Ces connexions visuelles importantes avec l'extérieur, accroissent l'attractivité du magasin.42

On peut clairement distinguer les 18 ailes (par paires) pouvant se rabattre par rotation, et ainsi séparer ou lier la terrasse, de l’espace intérieur. Ces panneaux tissés se ferment en journée venant ombrager l'intérieur, pour le confort des clients.43 La nuit, ces panneaux s'ouvrent complètement pour révéler la boutique sur la place publique. Ces lames sont

42 www.fosterandpartners.com/projects/apple-dubai-mall/, fiche de projet « Apple Dubaï Mall » 43 www.archdaily.com/870357/apple-dubai-mall-foster-plus-partners, fiche de projet « Apple Dubaï Mall»

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constituées de fibres de carbone, dont le maillage forme un filet de multiples couches, assez dense mais tout de même perméable pour filtrer la lumière, et ainsi créer une ambiance lumineuse agréable.

Figure 32 - Apple Store Dubaï Mall– Détails techniques des ailes (Source : 42)

Figure 33 - Apple Store Dubaï Mall- Foster + Partners (Source : 42)

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II.1.c / Déformation

Figure 34 – Eco-29- FoxLin and Braham Architects (Source : 44)

Eco-29 de FoxLin and Braham Architects, est conçu avec une double peau intérieure (contrairement à The Shed qui utilise une peau extérieure mobile) qui change sa forme pour accommoder l’espace. Ici, nous ne sommes plus sur un mouvement linéaire mais un mouvement à trois dimensions, par la déformation du matériau.44

Eco-29 est un espace événementiel initialement pensé pour les mariages. L’espace s’adapte grâce à un système cinétique permettant de varier plusieurs scénarios d'organisation spatiale. Plusieurs de ces mariages ont déjà été célébrés dans ce lieu. Le système a ensuite été réfléchi pour accueillir d'autres événements, tel qu’une boutique éphémère ou bien une salle pouvant organiser des lancements de produits. L’espace a été pensé pour accueillir une grande scène au bout et une façade ouverte à l’autre bout, donnant sur une grande terrasse.

Le principe est d’inciter les invités à se déplacer au fil de la cérémonie. Pour cela, un tissu tendu enveloppe l'espace, et des bras mécaniques au mur et au plafond permettent de déformer cette surface pour générer une nouvelle organisation spatiale correspondant à

44 FOX Michael A., Interactive Architecture, Adaptive World, Princeton Architectural Press, 2016, p.108

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différents scénarios. La toile employée est un tissu blanc permettant de fortes déformations. Le choix du matériau et la couleur s'est fait pour des raisons de sobriété et de projection de lumière, ou d'images.

Pour réaliser ce mouvement, deux types de moteurs ont été installés, avec un logiciel fait sur mesure qui a été développé pour chorégraphier le mouvement. Le logiciel permet à ses utilisateurs de définir le mouvement, la vitesse, ainsi que l'accélération pour chaque moteur, selon un pourcentage de capacité maximale. L’interface est simple, avec des barres jauge permettant une utilisation intuitive du logiciel. L’utilisateur est vraiment libre de la forme qu’il souhaite donner à son espace de réception.45 Le diagramme ci-dessous présente quelques possibilités offertes par ce système.

L’espace devait avoir une flexibilité tridimensionnelle absolue. Le concept a été élaboré en vertu duquel une architecture « souple » serait élaborée dans les limites rigides de l’entrepôt existant. Le bâtiment de fabrication existant a été démonté jusqu’à l’ossature en acier avec le toit existant. Toute la structure en bois a été complétée avec du bois récupéré et le plancher en béton d’origine a été réparé et remis en état.

Figure 35 - Eco-29- FoxLin and Braham Architects – Schémas de scénarii d’aménagement (Source : 45)

45 FOX Michael A., Interactive Architecture, Adaptive World, Princeton Architectural Press, 2016, p.111

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II.2 / ADAPTATION ENVIRONNEMENTALE

II.2.a / Systèmes cinétiques intégrés

L’Heliotropic House est une maison solaire rotative de l’architecte Rolf Disch, construite en 1994 à Fribourg-en-Brisgau, à bilan énergétique positif. La maison pivote pour suivre le soleil, et produit de 4 à 6 fois plus d’énergie qu’elle n’en consomme.

Ce bâtiment possède deux systèmes cinétiques distincts, un système actif ainsi qu'un système passif. Le système actif consiste en la rotation du bâtiment jusqu’à 180 degrés. Ainsi, il peut être intégralement exposé au soleil ou bien totalement caché. Un système intelligent s’adapte à la position du soleil grâce à des capteurs météorologiques placés en toiture.46 Une partie du cylindre possède de grandes baies vitrées triple épaisseur, tandis que la partie restante se veut beaucoup plus opaque. Ainsi, en hiver, la partie vitrée fait face au soleil tandis que l'été c'est la partie opaque isolée qui le fait face, pour éviter la

Figure 36 - Heliotropic House- Rolf Disch (Source : cahiers-techniques-batiment.fr)

46 SPIEGELHALTER T., LEE A., Designing Carbon Neutral Plus-Energy Buildings with Site Adaptative Heliotropism Cycles, p.2-3

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surchauffe. Cette rotation est permise par la construction du bâtiment qui est un volume cylindrique en porte-à-faux autour d'un pilier central. Ce cylindre de 10 mètres de diamètre et de 14 mètres de hauteur, tourne sur lui-même à l'aide d'un moteur électrique de 100 watts, dont la consommation annuelle est de 20 kWh. Le bâtiment suit la course du soleil pouvoir atteindre un rythme maximum de 15 degrés par heure.

Le second système cinétique, passif, est installé en toiture, et est doté d’une surface de 54 mètres carrés de panneaux photovoltaïques, posée sur une structure rotative suivant également le soleil. En plus d’un mouvement rotatif d'une amplitude de 180 degrés, un deuxième axe de mouvement est mis en place afin que la perpendicularité au soleil soit la plus optimale. Grâce à l'apport d’un mouvement à ce système passif, l'architecte affirme qu’il peut générer 40% plus d'énergie qu'un système classique fixe.47

Grâce à la combinaison de ces deux systèmes cinétiques actif et passif, l’Heliotropic House a été l'un des premiers bâtiments « Plus Energie » dans le monde, et produit 5 fois plus que la consommation en électricité du bâtiment. L’excédent d'énergie produit est vendu au réseau public d'électricité.

Figure 37 – Heliotropic House-Vues du projet (Source : 47)

47 SPIEGELHALTER T., LEE A., Designing Carbon Neutral Plus-Energy Buildings with Site Adaptative Heliotropism Cycles, p.2-3

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II.2.b / Façades cinétiques

Les bureaux et bâtiments publics, par leur échelle plus importante que l’habitat, nécessitent l’emploi d’une façade cinétique, également par le fait que la recherche d’espaces de travail éclairés amène une conception de façade presque entièrement vitrée. Or, il est possible de maintenir une intensité lumineuse confortable, tout en se protégeant de la chaleur générée par la façade exposée en été, et ainsi éviter l’emploi de la climatisation. La façade dynamique doit donc suivre la course du soleil, pour se protéger du rayonnement direct en été, mais la forme et matériaux de ses composants doivent permettre une pénétration de lumière naturelle. Il réalise donc de meilleures performances d’intensité lumineuse, thermiques et donc énergétiques.

Le bâtiment du quartier général de Q1, à l’extérieur d’Essen, en Allemagne est un exemple de projet intégrant une façade cinétique. Le système de façade permet de réduire l’utilisation de la VMC en maximisant la quantité d’air naturel ventilé ainsi que les apports solaires directs.48 Le cabinet d'architecture chaix & Morel ainsi que JSWD Architects ont remporté un concours sur la conception d'un campus pour ThyssenKrupp, visant à faire vivre les 2000 employés du site. On retrouve au centre du site une imposante piscine de 200 mètres de long sur 30 mètres de large, autour de laquelle se sont construits plusieurs bâtiments. Des places de parking et garages souterrains ont été pensés pour préserver le

Figure 38 - Q1 Headquarters- JSWD Architekten + Chaix & Morel et Associés (Source : 48)

48 https://facadesconfidential.blogspot.com/2010/12/thyssenkrupp-quarter-facades-giants.html

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calme au sein de ce campus. Ainsi, toutes livraisons se font en sous-terrain. Le bâtiment qui nous intéresse se trouve dans le prolongement de la piscine, à l'extrémité du campus. Il dispose d'un système de façade cinétique adaptatif relativement efficace. Les architectes ont travaillé main dans la main avec l'Institut Fraunhofer des Systèmes d’Energie Solaire de Fribourg, pour mettre au point cette façade. En plus d'un surplomb à chaque niveau bloquant les rayons du soleil, une façade composée de panneaux verticaux en forme d’ailette vient renforcer la gestion de l'apport solaire. Le principe de fonctionnement de ces ailettes est le pliage, par un mouvement de rotation. Ainsi, elles peuvent soit adopter une position à 0 degré, ce qui veut dire qu'elles sont parallèles à la façade et bloquent donc totalement le rayonnement solaire, ou bien peuvent se plier à 90 degrés sur elles-mêmes pour une pénétration maximale de la lumière. Des capteurs couplés à un système informatisé intelligent, permettent d'actionner le mécanisme de ces ailettes dont le degré d'ouverture ou de fermeture évolue selon la course du soleil.49

Les ailettes sont conçues en acier inoxydable et sont formées de lames horizontales en porte-à-faux, maintenues par un goujon central. Elles ont été volontairement conçues non-rectangulaires par l'architecte, de sorte à apporter plus de dynamisme à la façade. Un soin de finitions a été porté à ces panneaux, avec une texture qui diffère sur la partie externe ou interne. La partie interne se voulant plus brillante que la partie externe pour un meilleur apport de lumière, couplé avec une orientation de la face des lamelles permettant

Figure 39 - Q1 Headquarters– Détail de fonctionnement (Source : 49)

49 https://facadesconfidential.blogspot.com/2010/12/thyssenkrupp-quarter-facades-giants.html

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aux rayonnements lumineux de rebondir vers l’intérieur. Les ailles de chaque panneau peuvent bouger individuellement et ainsi adopter une position différente. Ce sont en tout 1600 moteurs qui sont nécessaires pour activer l'ensemble de la façade. La stratégie de façade cinétique mise en place permet au bâtiment de consommer moins de 150 kWh/m²/an.50

Le bâtiment Media TIC a été conçu par l'architecte Enric Ruiz-Geli (Cloud-9) et a pour vocation d'être un laboratoire de nouvelles technologies du bâtiment. L’architecte a conçu un bâtiment d'une grande transparence ouvert au public et y a installé ses nouveaux bureaux. C’est un bâtiment public offrant un auditorium de plus de 300 places assises.51

Une des principales innovations de ce bâtiment est sa façade pneumatique, fonctionnant comme un écran solaire mobile et régulant ainsi la lumière et la température, en fonction

Figure 40 - Façade Q1 Headquarters(Source : 50)

Figure 41 - Media-TIC– Cloud-9 (Source : 53)

50 https://facadesconfidential.blogspot.com/2010/12/thyssenkrupp-quarter-facades-giants.html 51 AELENEI L & D, ROMANO R., MAZZUCCHELLI E., BRZEZICKI M, RICO-MARTINEZ J., Case Studies –Adaptive Facade Network, European Cooperation in Science and Technology, TU Delft Open, 2018, p.154-156

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des conditions environnementales. La façade sud-est est la plus exposée, puisqu'elle reçoit en moyenne 6 heures d’ensoleillement journalier. Le traitement intelligent de cette façade est un sujet important du fait de sa localisation, à Barcelone, où les étés sont chauds. La solution envisagée n'est pas mécanique mais pneumatique. C'est une peau composée de 3 couches d’ETFE52 , fonctionnant comme un filtre solaire. Sous pression constante, la quantité d'air circulant dans cette peau et variable. La première couche est transparente mais les 2ème et 3ème peuvent se gonfler et ainsi créer de l'ombre. L’ombre créée par le gonflement des chambres d’air s'explique par un mélange de particules d’azote et d’air créant un nuage. Chaque coussin d'air possède un capteur mesurant la température et l'angle du soleil et activant ou non le gonflement. Les performances de Media-Tic sont impressionnantes. Le bâtiment permet une réduction de 10% de CO2 émis grâce au toit photovoltaïque, une réduction de 55% de CO2 grâce au à la façade pneumatique en ETFE. Les capteurs intelligents permettent une réduction de CO² supplémentaire de 10%.53

Figure 42 - Media-TIC- Cloud-9 - Façade pneumatique (Source : 53)

52 AELENEI L & D, ROMANO R., MAZZUCCHELLI E., BRZEZICKI M, RICO-MARTINEZ J., Case Studies –Adaptive Facade Network, European Cooperation in Science and Technology, TU Delft Open, 2018, p.154-156 53 GELI Enric Ruiz, Media-ICT, Texte de présentation et plans PDF disponibles sur https://www.dropbox.com/sh/zduwuarjv9cmo5n/AABPVkHUXp9TSjZ6DIC3_pOHa?dl=0

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II.3 / ÉTUDE DE CAS : AL BAHAR TOWERS

L’étude de cas sur la conception de façade cinétique est intéressante puisqu’il est un des projets d’architecture cinétique adaptative des plus ambitieux. Nous détaillerons les facteurs pris en comptes, la conception, l’assemblage, les capteurs installés, le contrôle informatisé ainsi que la motorisation permettant de formuler une réponse cinétique appropriée aux conditions météorologiques.

Al Bahar Towers est un ensemble de tours de bureaux à Abou Dhabi, Le projet est issu d'un concours remporté par Aedas et Arup en 2007, pour un bâtiment qui accueille les nouveaux locaux du siège du conseil d'investissement d'Abou Dhabi.

Les tours Al Bahar se parent d’un système d’ombrage automatisé externe innovant, créant également une identité esthétique unique au bâtiment. La façade dynamique a été conçue comme une interprétation contemporaine du traditionnel « mashrabiya » ; un motif populaire de la culture islamique vernaculaire, en treillis de bois et utilisé comme un dispositif pour préserver la vie privée, tout en réduisant l’apport solaire. Il a été pensé pour répondre au climat extrême de la région, avec des températures atteignant 50 °C et un taux d’humidité maximal.54

Figure 43 - Al Bahr Towers– Aedas (Source : 54)

54 KARANOUGH A., KERBER E., Innovations in dynamic architecture: The Al-Bahr Towers Design and delivery of complex façades, Journal of Facade Design and Engineering, vol.3, 2015, p.5

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II.3.a / Conception de la façade

Ce système dynamique, contrairement à des brise-soleils verticaux ou horizontaux traditionnels statiques, permet une meilleure visibilité ainsi qu’une plus grande quantité de lumière diffuse naturelle admise, puisque cette solution empêche l'emploi d'un verre teinté. De plus, la lumière diffuse se réfléchit sur les panneaux semi-ouverts ou fermés. Ce dispositif réduit ainsi l'utilisation de lumière artificielle ou d'un système de refroidissement de l'air, impactant donc la consommation d'énergie et son coût. Cette façade est composée de deux couches. La première, la couche la plus interne, est un mur rideau vitré composé de panneaux identiques étant attachés bout à bout. Ils sont dimensionnés par une hauteur de 4m20 et d'une largeur variant de 90cm à 1m20.55 Cet assemblage bout à bout permet un aspect homogène de la façade en extérieur, bien que de l'Intérieur, les utilisateurs n'aperçoivent que 3m10 de hauteur de vitrage.

La seconde couche est une façade dynamique qui est espacé de 2 mètres du mur rideau. Ses unités ont tous une hauteur de 4m20 et leur largeur varie de 3m60 à 5m40. L'unité la plus imposante pèse 625kg. Ces dimensions vont de pair avec celles du mur rideau. De même hauteur, l’accroche des unités se fait donc verticalement entre deux panneaux du mur rideau. La largeur des unités correspond à un certain nombre de panneaux du mur rideau. Les deux couches sont reliées par des bras, fixées entre les panneaux du rideau qui soutiennent les unités de la façade dynamique. Ces unités sont formées premièrement de cadres statiques en acier inoxydable, sur lequel viennent se poser des cadres dynamiques en aluminium, soutenant les panneaux triangulaires qui sont fait de fibre de verre.

Figure 44 – Protection solaire dynamique (Source : 55)

55 KARANOUGH A., KERBER E., Innovations in dynamic architecture: The Al-Bahr Towers Design and delivery of complex façades, Journal of Facade Design and Engineering, vol.3, 2015, p.10-11

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Figure 45 - Inspiration biomimétique (Source : 56)

II.3.b / Le système mécanique informatisé

Fonctionnement mécanique

LEGENDE

1 – Câble électrique d’acheminements des données 2 – Jonction des portants à la façade 3 – Crochets 4 – Jonction du cadre en Y et des portants 5 – Moteur 6 – Jonction moteur / cadre en Y 7 – Jonction du cadre en Y 8 – Bras du cadre en Y 10 – Armature portant les panneaux 11 – Actionneur hydraulique 12 – Stabilisateur 13 – Système de glissement permettant l’ouverture ou la fermeture du trépied 15 – Panneau en fibre de verre PTFE

Figure 46 - Al Bahr Towers- Composants des unités de façade (Source : 56)

Les tours sont dotées d’une double peau constituée de 1409 unités56 pouvant se plier et se déplier par l’action d’un système intelligent et motorisé. Les unités se composent de six cadres triangulaires, se pliant comme un parapluie. La zone exposée directement au soleil est fermée et au fur et à mesure que le soleil bouge, chacune des unités s’ouvrent

56 KARANOUGH A., KERBER E., Innovations in dynamic architecture: The Al-Bahr Towers Design and delivery of complex façades, Journal of Facade Design and Engineering, vol.3, 2015, p.11-12

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progressivement. Chaque unité peut évoluer selon 3 positions : fermée, semi-ouverte et totalement pliée.

Chaque panneau de façade fonctionne de la même manière, le mouvement est rendu mécaniquement possible par des actionneurs linéaires à vérins, situés au centre de chaque unité. Ils peuvent effectuer un mouvement linéaire d’une amplitude d’un mètre, pour ouvrir ou fermer le dispositif. Lorsque cet actionneur pousse vers l’extérieur, il a pour effet de faire glisser les « sliders » des bras vers lui. Ainsi, les panneaux triangulaires pivotent (selon un centre de rotation qui est la connexion du cadre des panneaux triangulaires aux sliders) et se plient pour réduire la surface bloquant les rayons solaires. Lorsque l’actionneur atteint sa position d’éloignement maximale, le bâtiment jouit d’une surface d’ouverture à l’extérieur de 85%.

Contrôle informatisé Les données sont transférées jusqu’à la salle de contrôle via un réseau Ethernet. L’interface Humain/ Machine (HMI)57 est assuré par Siemens ainsi que le programme informatique de contrôle. Le système permet des opérations manuelles en cas d’urgence. Chaque unité apparaît à l’écran. Le programme est relié à trois capteurs différents situés en haut des tours pour la mesure de lumière, de vent et de pluie. Les données recueillies par ces capteurs permettent de passer outre la programmation de disposition de base des unités, pour les mettre tous en position semi-fermé en cas de conditions inhabituelles comme une tempête.

Figure 48 - Ecran de contrôle de la façade (Source : 57)

57 KARANOUGH A., KERBER E., Innovations in dynamic architecture: The Al-Bahr Towers Design and delivery of complex façades, Journal of Facade Design and Engineering, vol.3, 2015, p.17-18

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Figure 49 - Al Bahr Towers– Ouverture et fermeture (Source : 58)

II.3.c / Avantages et performances

Gain d’énergie solaire Le principe de la façade dynamique et de bloquer les rayons solaires directs pendant les heures de travail, soit de 9h à 17h00. Cela évite la surchauffe des locaux ainsi que l'éblouissement solaire, et participe à réduire les coûts engendrés par le système de refroidissement du bâtiment. La double peau n'est pas présente sur la partie nord de la façade car elle est exposée peu de temps au soleil, et en dehors des heures de travail. Leur installation sur cette partie du bâtiment n'était donc pas nécessaire.58

Luminosité L'objectif de l'installation n'est pas seulement de bloquer les rayons solaires directs, mais d'apporter tout de même de la lumière diffuse naturelle, de sorte qu'elle ne soit pas trop forte. Ainsi, les concepteurs on définit un seuil de lumière naturelle confortable pour des conditions de travail, allant de 250 à 2000 lux. Si la lumière diffuse naturelle se trouve inférieure à ces 250 lux, des capteurs placés sur le plafond près du mur rideau vont le détecter et ainsi allumer les lumières artificielles pour pallier ce manque.

58 KARANOUGH A., KERBER E., Innovations in dynamic architecture: The Al-Bahr Towers Design and delivery of complex façades, Journal of Facade Design and Engineering, vol.3, 2015, p.14

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Vents Une série d’essais en soufflerie ont été réalisés à différentes échelles pour anticiper la combinaison des charges exercées sur le bâtiment en général et localement sur une unité mashrabiya. Des modèles à petite et à grande échelle ont été testés en conséquence. Les essais ont révélé que la forme fluide du bâtiment générait des pressions d’une moyenne de 1,5 kPa jusqu’à un maximum de 3,5 kPa. Une seule unité dynamique a ensuite été soumise à des vitesses de vent très élevées jusqu’à 90 m/s. 59

Durabilité L'essentiel du système a été conçu pour durer 50 ans. Les autres composants qui sont quant à eux non statiques, tels que les actionneurs et les sliders sont conçus pour une durée minimale de 15 ans avant d'être remplacés. Le système est conçu pour résister aux conditions suivantes60 :

- L’exposition élevée aux rayons UV et aux températures pouvant atteindre 50 degrés. - L’humidité pouvant atteindre 100 % en été. - La corrosion : lorsque le bâtiment fait face à la mer, il est exposé à des vents chargés de sable et de poussière. - Des charges de vent et des vitesses de vent élevées pouvant atteindre respectivement 3,5 kPa et 240 km/h. - Les dégâts qui seraient relatifs aux activités de nettoyage et d’entretien, ainsi qu’à l’exposition à des tempêtes de sable.

Avantages quantitatifs Les concepteurs ont cherché par la création de ce système de créer des espaces intérieurs bien éclairé naturellement, tout en réduisant la surchauffe qui serait produite par des rayonnements solaires directs. Il en résulte une amélioration du confort thermique et une diminution de consommation d'énergie qu'il aurait été nécessaire pour la

60 KARANOUGH A., KERBER E., Innovations in dynamic architecture: The Al-Bahr Towers Design and delivery of complex façades, Journal of Facade Design and Engineering, vol.3, 2015, p.15-16

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climatisation. Ces mesures impactent la consommation énergétique sur ces points61 :

- 20% d’économie d’énergie dont 50% pour les bureaux - 20% de réduction d’empreinte carbone - 20% de réduction de matériaux, grâce à un dessin efficace des brise-soleils. - Certification LEED Silver

Avantages qualitatifs Le projet possède des avantages non quantifiables62 :

- l’amélioration du confort de l’utilisateur et de leur bien-être - l’identité visuelle unique du bâtiment - l’amélioration de l’éclairage naturel et donc des espaces grâce à une meilleure admission de la lumière naturelle diffuse - une meilleure visibilité sur l’extérieur, pas de store qui viendraient obstruer la vue - l’amélioration du confort grâce à la réduction de la climatisation

61 KARANOUGH A., KERBER E., Innovations in dynamic architecture: The Al-Bahr Towers Design and delivery of complex façades, Journal of Facade Design and Engineering, vol.3, 2015, p.19 62 KARANOUGH A., KERBER E., Innovations in dynamic architecture: The Al-Bahr Towers Design and delivery of complex façades, Journal of Facade Design and Engineering, vol.3, 2015, p.20

ENSAM - Mémoire de Master – Maxence Fromentin 2020 / 2021

Figure 53 - Façade Al-Bahr Towers(Source : Aedas.com)

Maxence Fromentin – Mémoire de Master - ENSAM 2020 / 2021