Structure hyperboloïde

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Structure hyperboloïde, sur Wikimedia Commons

Les structures à nappe hyperboloïde sont généralement des treillis ou des ossatures épousant la forme d'un hyperboloïde à une nappe.

Leur coque extérieure est armée par des armatures droites combinées pour former une ou deux familles d'hélices entrecroisées. Leur géométrie est celle d'une surface réglée (génératrice) : on n’emploie pour l’essentiel de l’armature de ces structures, qu’elles soient ajourées ou pleines, que des poutres droites, auxquelles s’ajoutent des cerces de contreventement dans les structures légères. Les grandes tours en hyperboloïde présentent une traînée faible.

Historique

En pratique cette géométrie est présente par exemple dans les sièges, les paniers et les nasses de pêche. On connait les propriétés mathématiques de l’hyperboloïde depuis l'étude des coniques dans l'Antiquité^[1].

Cette géométrie ne s'est manifestée dans l'architecture qu'à partir de la première moitié du XX^e siècle, avec le fonctionnalisme et le constructivisme. La première structure hyperboloïde au monde est la tour à claire-voie en acier située actuellement à Polibino (oblast de Lipetsk, Russie). Elle fut construite pour l’Exposition Pan-russe de l'Industrie et de l'Artisanat de 1896 de Nijni Novgorod. Elle est l'œuvre de l'ingénieur et scientifique russe Vladimir Choukhov. Cette structure, capable de supporter un réservoir de 100 m³ et qui comportait une tour porteuse d'une hauteur de 26 m, suscita l'admiration des visiteurs^[2].

Depuis, les structures hyperboloïdes ont été utilisées par plusieurs architectes réputés : Le Corbusier, Oscar Niemeyer, Philolaos. Aujourd'hui, la plupart des aéroréfrigérants sont conçus sur ce principe ; outre la relative simplicité du coffrage, ils offrent de bonnes propriétés hydrodynamiques (tirage des fumées de refroidissement).

Une autre forme s'apparente à celle de l'hyperboloïde, la forme à double courbure inverse non développable (saddle-shape) du Paraboloïde. Malgré un système d'appui différent, on peut rapprocher le principe des constructions caténaires en parabole de Gaudí, que cet architecte a employées à la Sagrada Família, des hyperboloïdes de révolution de Choukhov^[3].

La Russie a conservé jusqu'à aujourd'hui sept des tours conçues par Choukhov, dont la tour de la radio de Moscou, haute de 160 m. Le pylône Choukhov haut de 128 m, sur les rives de l'Oka non loin de Nijni Novgorod, est le dernier pylône électrique affectant cette géométrie.

Exemples de structures à nappe hyperboloïde

Tours d'observation de l’USS Colorado et de l’USS West Virginia (années 1920)
Structure hyperboloïde de Polibino
Tour de télévision et de tourisme de Canton
Sagrada Família
Phare d'Adziogol
Tour du port de Kōbe
Schlossbergturm, Fribourg-en-Brisgau, Allemagne
Tour de Ještěd (République tchèque)

Structures autoportantes
Pylône Choukhov, plusieurs nappes hyperboloïdes centrées superposées sur cerclage, (construit entre 1927 et 1929) réseau électrique de Nijni Novgorod.
Tour du port de Kōbe, 1963, haute de 108 mètres
Ciechanów Château d'eau, Jan Bogusławski, 1972.
Tour Canton, haute de 600 mètres est la plus grande structure hyperboloïde et parmi les 10 plus hautes constructions au monde, 2009.

Architecture civile et religieuse
Oscar Niemeyer : Cathédrale de Brasilia (1970).
Karel Hubáček : Tour de Ještěd à Liberec (1966–1973).
Gyo Obata (en) : Planétarium James S. McDonnell, Science Center de Saint-Louis (1991).

Architecture industrielle
La centrale nucléaire Stella de Blaydon (1951),
fut la première équipée d'aéroréfrigérants de ce type.
Tours de refroidissement de la centrale nucléaire de Cofrentes (1975-1983).

Dans le design
Gobelets avec rebords permettant la préhension.
Table à pied porteur en compression par barreaux triangulés^[4].

Notes et références

↑ Débutée dans le III^e siècle av. J.-C. « APOLLONIUS (262 av. J.-C. - 190 av. J.-C.), grec : Il effectue un travail colossal sur les coniques : sections de cône par un plan (parabole, ellipse, hyperbole…). Il invente les dénominations de ces sections coniques et son étude approfondie servira à Kepler vers 1600 pour analyser le mouvement des planètes. », Jean-Luc Romet, Appolonius, (consulté le 12/5/2019).
↑ D'après I. I. Černikov (trad. Pertschi), Les mâts du système Chouckhov [« Мачты системы Шухова (Mačty sistemy Šuchova) »], elib.uni-stuttgart.de (réimpr. 2003 pour la traduction allemande) (lire en ligne [PDF]), p. 1
↑ Cf. J. Tomlow et Graefe, Gappoev, Pertschi (dir.), Die Einführung einer neuen Konstruktionsform durch Suchov und Gaudí : Die Kunst der sparsamen Konstruktion., Stuttgart, Deutsche Verlags-Anstalt, 1990 (ISBN 9783421029843), « Vladimir Grigor'evic Suchov (1853-1939) », p. 110-114.
↑ Structure à propriétés égales en strict inverse à celles d'une structure tendue.

Voir aussi

Hyperboloïde
Ossature (construction)
Tenségrité (architecture) (structure en compressions et tensions)
Tour de réfrigération

Bibliographie

« The Nijni Novgorod exhibition: Water tower, room under construction, springing of 91 feet span », The Engineer, Londres, n^o 19.3.,‎ 1897, p. 292-294 .
Rainer Graefe: “Vladimir G. Šuchov 1853-1939 - Die Kunst der sparsamen Konstruktion.”, p. 192, Stuttgart, DVA, 1990.
« Arkhitektura i mnimosti”: The origins of Soviet avant-garde rationalist architecture in the Russian mystical-philosophical and mathematical intellectual », sur Penn' Libraries, 2000 ;thèse d'architecture, 264 p., Université de Pennsylvanie, .
(it) Fausto Giovannardi, « Vladimir G. Shukhov e la leggerezza dell'acciao », sur costruzioni.net