Le document aborde les structures spéciales en architecture, en décrivant plusieurs types, tels que les systèmes à vecteurs actifs, les formes actives et les surfaces portantes. Il met en avant l'importance d'arrangements particuliers de matériaux pour créer des structures tridimensionnelles robustes et économes en matière. Des exemples historiques illustrent l'évolution et l'application de ces concepts dans des monuments et infrastructures célèbres.

1. Les structures spécialesLes structures spéciales

2. Plan de travailPlan de travail
DéfinitionDéfinition
Les différents types de structures spécialesLes différents types de structures spéciales
A- Systèmes à vecteurs actifsA- Systèmes à vecteurs actifs
--les treillisles treillis
B- Systèmes à formes activesB- Systèmes à formes actives
--les câblesles câbles
--les membranes suspenduesles membranes suspendues
--les membranes à surfaces portantesles membranes à surfaces portantes
C- systèmes à surfaces portantesC- systèmes à surfaces portantes
--les surfaces plisséesles surfaces plissées
--les coquesles coques

3. DéfinitionDéfinition::
Si les systèmes de structures massifs ou à squelette fontSi les systèmes de structures massifs ou à squelette font
référence à la nature du matériau utilisé, dans lesréférence à la nature du matériau utilisé, dans les
structures spéciales ou ce qu’on appelle structuresstructures spéciales ou ce qu’on appelle structures
tridimensionnelles c’est l’arrangement des matériaux quitridimensionnelles c’est l’arrangement des matériaux qui
induit la formeinduit la forme..
Ces dernières sont caractérisées parCes dernières sont caractérisées par::
--leur grande capacité de franchir l’espaceleur grande capacité de franchir l’espace
--la stabilité apparaît indépendante de la réaction d’appuisla stabilité apparaît indépendante de la réaction d’appuis
--elles sont indéformables et automorpheselles sont indéformables et automorphes
--l’extrême économie de matièrel’extrême économie de matière

4. A- les systèmes à vecteurs actifsA- les systèmes à vecteurs actifs
Les treillis, ou systèmes triangulés comme les appelle parfois, sont
devenus l’un des types de structures les plus utilisés à partir de la
révolution industrielle, lorsque le principe de la triangulation fut
découvert , expérimenté et calculé grâce au développement du calcul
vectoriel. Et c’est la tour Eiffel qui fait connaître et reconnaître les
possibilités extraordinaire de la triangulation.
Crystal Palace à
Londres, 1851, arch. J.
Paxton, ing. Fox
Tour Eiffel

5. Les différentes en treillis poutresLes différentes en treillis poutres

6. le pont de Bayonne ( 1931) sur le Kill à New York , que certains considèrentle pont de Bayonne ( 1931) sur le Kill à New York , que certains considèrent
comme la plus élégante des travées en arc en treillis.comme la plus élégante des travées en arc en treillis.
La combinaison du triangle et de l’arc permet d’obtenir les énormesLa combinaison du triangle et de l’arc permet d’obtenir les énormes
résistances exigées pour le franchissement d’espaces importantsrésistances exigées pour le franchissement d’espaces importants..

8. les treillis spatiauxles treillis spatiaux

9. Hangar construit à partir
d’éléments préfabriqués
en béton armé pour
l’aviation italienne, 1940,
ing. P.L. Nervi
Projet d’un hangar
mobile pour
l’aviation militaire
des Etats-Unis,
1951, arch. K.
Wachsmann

10. Le hangar nationalLe hangar national

14. B- les systèmes à formes activesB- les systèmes à formes actives::
a- les câblesa- les câbles
les câbles ( en aciers mais aussi fibres végétales ou synthétique )les câbles ( en aciers mais aussi fibres végétales ou synthétique )
ont un diamètre infime par rapport à leur longueur ce qui les rendont un diamètre infime par rapport à leur longueur ce qui les rend
idéalement flexibles et par conséquent incapable de résister à desidéalement flexibles et par conséquent incapable de résister à des
efforts de flexionefforts de flexion..
Si au lieu d’une charge ponctuelle, les charges sontSi au lieu d’une charge ponctuelle, les charges sont répartiesréparties , la, la
forme que le câble doit prendre pour n’être sollicité qu’à la tractionforme que le câble doit prendre pour n’être sollicité qu’à la traction
est une courbeest une courbe..

15. a1- les pontsa1- les ponts

17. Les différentes poutres- caissonLes différentes poutres- caisson

19. le viaduc de Millaule viaduc de Millau

22. La connections des haubansLa connections des haubans

23. Le pont de premier maiLe pont de premier mai

24. a2- les toits suspendus à simplea2- les toits suspendus à simple
courburecourbure
Toiture sollicitée comme un
câble : Aéroport de Washington-
Dulles, Virginie, 1958-63,
Arch. Eero Saarinen, Ing.
Ammann & Whitney

25. Fabrique de papier (1961/1963) avec la collaboration de NerviFabrique de papier (1961/1963) avec la collaboration de Nervi
Le chevalet en béton armé et l’épure deLe chevalet en béton armé et l’épure de
l’armaturel’armature

26. Une gare de péage du pont de l’île de RéUne gare de péage du pont de l’île de Ré (1988(1988))

27. a3- résille de câbles à courbures inverséesa3- résille de câbles à courbures inversées

28. B- les tentes ou membranes suspenduesB- les tentes ou membranes suspendues
La forme, tendue à l’intervention de poteaux intérieurs ou extérieursLa forme, tendue à l’intervention de poteaux intérieurs ou extérieurs
comprimés et d’ancrage soumis à traction est toujours à double courburecomprimés et d’ancrage soumis à traction est toujours à double courbure
inversée. Cette dernière est indissociable à l’architecture textile. Elleinversée. Cette dernière est indissociable à l’architecture textile. Elle
permet de minimiser la tension nécessaire à la stabilité des ouvrages etpermet de minimiser la tension nécessaire à la stabilité des ouvrages et
autorise les formes les plus diversesautorise les formes les plus diverses..
Selle de cheval Faîtage et vallée
:: Hyper parabolique
::::Chapeau chinoisChapeau chinois

29. Toiture à membranes tendues enToiture à membranes tendues en
forme de chapeau chinois d’unforme de chapeau chinois d’un
centre commercialcentre commercial
(1999 d’Asheford(1999 d’Asheford))
Tribune de circuit àTribune de circuit à
membranes tendues sur arcmembranes tendues sur arc
en forme de selle de chevalen forme de selle de cheval
(1998 kuala lumpur(1998 kuala lumpur))

30. Couverture d’unCouverture d’un
aphithéatre tendu suraphithéatre tendu sur
arcarc
Couverture de gare àCouverture de gare à
double membranesdouble membranes
tendues sur arcs entendues sur arcs en
forme de selle deforme de selle de
cheval ( 1992 gare decheval ( 1992 gare de
SévilleSéville))

31. Allée piétonne en forme deAllée piétonne en forme de
chapeau chinois inverséchapeau chinois inversé
(impluvium(impluvium))
Hall de gare enHall de gare en
mutlicônes ( 2001mutlicônes ( 2001
gare de Lourdegare de Lourde))

32. Prédeau d’école à membrane tendPrédeau d’école à membrane tend
en forme heper paraboliqueen forme heper parabolique
Couverture d’uneCouverture d’une
tribune en multitribune en multi
cônes en formecônes en forme
de chapeaude chapeau
chinois ( 1996chinois ( 1996
Ladies pavillonLadies pavillon))

33. C- les membranes à surfaces portantesC- les membranes à surfaces portantes
Leur principe repose sur une autre de précontrainte celle qui estLeur principe repose sur une autre de précontrainte celle qui est
obtenue par l’intervention de la pressionobtenue par l’intervention de la pression..
Le milieu qui est à l’origine de la stabilisation est souvent l’air ; mais çaLe milieu qui est à l’origine de la stabilisation est souvent l’air ; mais ça
peut être également un liquide (l’eaupeut être également un liquide (l’eau) .) .
11--La classification : structure à membranes simpleLa classification : structure à membranes simple
22--structure à membranes double ou multiplesstructure à membranes double ou multiples

35. couverture en structure sur mâtcouverture en structure sur mât
flottant à double membraneflottant à double membrane
gonfléegonflée (2002(2002))

36. C- Système à surface activesC- Système à surface actives
les surfaces plisséesles surfaces plissées
Dans ces systèmes, la surface apparaît comme élément porteur etDans ces systèmes, la surface apparaît comme élément porteur et
séparateur . Contrairement au treillis spatial l’élément de départ n’estséparateur . Contrairement au treillis spatial l’élément de départ n’est
plus la barre mais la surface plane développée entre deux plis.plus la barre mais la surface plane développée entre deux plis.
Les plis sont l’élément fondamental : ils constituent par la formeLes plis sont l’élément fondamental : ils constituent par la forme
qui’ils engendrent un système dont le moment d’inertie équivaut àqui’ils engendrent un système dont le moment d’inertie équivaut à
celui d’une poutre rectangulaire de hauteur égale à la hauteur de lacelui d’une poutre rectangulaire de hauteur égale à la hauteur de la
pliure et de largeur égale à la sommes des largeurs horizontales despliure et de largeur égale à la sommes des largeurs horizontales des
deux plaquesdeux plaques..

37. Magasins Sears à Tempa ( FlorideMagasins Sears à Tempa ( Floride((
ll
Stade de Florence Le palais de l’ UNESCO à ParisStade de Florence Le palais de l’ UNESCO à Paris

38. Les coquesLes coques
comme toutes les structures tridimensionnellescomme toutes les structures tridimensionnelles,, les coques existentles coques existent
dans la nature ; citons la plupart des coquillages , la squelette dedans la nature ; citons la plupart des coquillages , la squelette de
l’oursin et enfin l’œufl’oursin et enfin l’œuf
toutes ces coques naturelles ont en commun deux propriétéstoutes ces coques naturelles ont en commun deux propriétés
fondamentales : la courbure de leur surface et leur extrême minceurfondamentales : la courbure de leur surface et leur extrême minceur..

39. Les coques de translationsLes coques de translations
un toile de translation s’obtient en faisant glisser verticalement uneun toile de translation s’obtient en faisant glisser verticalement une
courbe plane sur une autre qui lui est généralement perpendiculaire.courbe plane sur une autre qui lui est généralement perpendiculaire.
Coques cylindriques coques hyper paraboliquesCoques cylindriques coques hyper paraboliques

40. L’Aérogare de Norma Foster (1981-1990L’Aérogare de Norma Foster (1981-1990((
la toiture est ramenée sur 36 pointsla toiture est ramenée sur 36 points
porteurs répartis sur un carré deporteurs répartis sur un carré de
six fois six trames et constitué d’unsix fois six trames et constitué d’un
groupe de poteaux reliés en aciergroupe de poteaux reliés en acier..
Des dômes en formes de coquesDes dômes en formes de coques
recouvrent l’ensemble sur hauteurrecouvrent l’ensemble sur hauteur
de 15 mètresde 15 mètres..

42. COQUES DE HEINZ ISLER TENNIS DE CRISSIERCOQUES DE HEINZ ISLER TENNIS DE CRISSIER,,

43. Les coques de révolutionLes coques de révolution
une surface de révolution est obtenue par une courbe plane tournantune surface de révolution est obtenue par une courbe plane tournant
autour d’une droite de son planautour d’une droite de son plan
–Coques en orme de coupolesCoques en orme de coupoles

44. Petit Palais des Sports, Rome (1956/1957Petit Palais des Sports, Rome (1956/1957((
Vue générale de l’intérieurVue générale de l’intérieur

45. La pose des plaques métalliques a étéLa pose des plaques métalliques a été
effectué au moyen d’un échafaudageeffectué au moyen d’un échafaudage
métallique et d’une grue agissant aumétallique et d’une grue agissant au
centre du bâtimentcentre du bâtiment
Détails du raccordement duDétails du raccordement du
chevalet en haut, le chevalet estchevalet en haut, le chevalet est
rattaché à la voûte par une sorterattaché à la voûte par une sorte
d’éventail qui assume 1/36 ded’éventail qui assume 1/36 de
l’effort de la couplel’effort de la couple

46. Voiles et coques de PULLY, AULA EPFL, CHAMONIX, WANGEN BEVoiles et coques de PULLY, AULA EPFL, CHAMONIX, WANGEN BE
A1, CRISSIER VDA1, CRISSIER VD