Une année de recherche et de développement

Quaternion Design
Feb 7, 2018 · 4 min read

Quaternion est une start-up implantée en Occitanie, qui a obtenu le label “jeune entreprise innovante” pour son activité de R&D visant à développer la technologie Gridshell.

Axonométrie du système

Popularisé par l’architecte Frei Otto en 1962, le Gridshell bois est un système structurel qui peut franchir de grandes surfaces avec peu de matière. Il permet également une grande liberté de formes et de tailles avec une grande résistance. Les rares exemples construits dans le monde abritent aujourd’hui des musées ou des halles d’exposition, mais n’ont jamais été développés pour un usage temporaire réutilisable.

À partir de ces structures, nous avons repris un travail de recherche appliquée pour adapter la technologie Gridshell à un usage temporaire sur des durées d’installation variables.

Ce développement technique vise à approcher une production industrielle à moyen terme, pour réduire les coûts unitaires de production et pouvoir étendre les applications dans l’événementiel, le tourisme et de manière générale dans le champ de l’architecture éphémère.

Salon heavent — Paris 2018

Le logiciel de Modélisation

La mise au point d’un logiciel performant pour la modélisation architecturale des Gridshells élastiques en bois et leurs calculs a été un des chantiers de l’année 2017. Le processus de conception, qui nécessite d’incessants aller-retour entre la forme et la structure a été considérablement accéléré. Les calculs fournissent en temps réel des informations précises sur les capacités mécaniques de la structure selon sa forme et permettent de réduire les coûts liés à l’ingénierie de la conception.

Concrètement, l’outil développé au sein du logiciel Grasshopper s’est enrichi :

  • d’outils et d’algorithmes appliqués de recherche de forme au sein du logiciel grasshopper,
  • de modules d’interopérabilité entre composants, au sein du logiciel grasshopper,
  • d’algorithmes d’optimisation de la structure (réduction du taux de travail des barres, réduction de la matière, etc.)

Ces travaux ont été réalisé en étroite collaboration avec le bureau d’étude Génie Civil Terrell.

Salon batimat — Paris 2017

Caractérisation des matériaux

Cet axe de travail a permis de conduire des études pour fiabiliser et pérenniser la résistance des structures, après des cycles incessants de montage et de démontage, et des conditions d’exploitations extrêmes (vent, neige…).

Les différentes analyses en laboratoire, dont une première partie a déjà été effectuée avec la collaboration de l’INSA Toulouse et laboratoire LMDC, ont permis de déterminer une essence de bois mécaniquement adaptée à la structure Gridshell. Le frêne a ainsi été préféré pour ses propriétés élastiques optimales.

Associé au travail sur la modélisation numérique, le travail sur les matériaux doit être poursuivi pour anticiper les phénomènes de flambement à l’échelle de la structure, et déterminer une section de barre optimale dans l’utilisation des gridshells élastiques.

premier levage d’une structure de 80m² en septembre 2017

Performance du système

Le premier objectif est l’amélioration des performances du système Gridshell par le développement de technologies d’assemblage rapide afin de raccourcir les temps de montage et démontage. En outre, augmenter la résistance des connecteurs qui représentent un point de faiblesse dans les structures Gridshells. Cette partie fait partie d’un dépôt de brevets déposés et en cours d’étude sur plusieurs points de la structure (contreventement, aboutement, ancrage…)

Le second objectif, sur lequel nous sommes actuellement en prototypage vise à mettre au point le « clos et couvert » c’est-à-dire l’entoilage de la structure et la fermeture des portes qui composent la structure.

Concernant le clos et couvert, l’objectif est d’atteindre un système de fermeture amovible et léger pour les opérations de logistique tout en garantissant une parfaite continuité d’étanchéité dans la structure. Ce travail de recherche coïncide avec une mise sur le marché de structure couverte et étanche au printemps 2018.

salon du tourisme — Paris 2017

Perspectives

Ce programme de recherches a abouti pour la première fois à une application commerciale pour un système Gridshell nomade et réutilisable.

Avec l’avancement de nos recherches, nous donnons au Gridshell la capacité à être nomade, réutilisable dans différentes configurations, différents environnements et différents usages.

Cette progression technologique, permise par une recherche intense sur les matériaux et la production des structures grâce aux outils numériques permet d’ores et déjà d’imaginer une première structure de 70m2 étanche en extérieur sur une durée de 1 an sans interruption.

Enfin, nous espérons terminer le développement d’un modèle de 200m2 pour une première construction à horizon janvier 2019. Ce modèle atteint une taille critique qui nous oblige à reprendre certaines de nos recherches notamment sur les matériaux de manière à être en conformité avec le code européen de la construction (Eurocode).

Quaternion remercie ses partenaires et mentors,

Terrell, INSA Toulouse, LMDC, Tournée du Coq, Wurth France, ESAT vignalis, Luc Larnaudie, Sandrine Bouche, Arnaud de Latude, Carsalade, Bois de France, BPi France, Madeeli, SAS Cosmopolis

Quaternion Design

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Quaternion aims to create unique experiences for customers under a wooden temporary architecture. We develop innovative solutions everywhere, at any time.

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