L'architecture cherche à refléter des idées sur le monde environnant. Au cours des 20 dernières années, les architectes se sont concentrés sur la technologie informatique, les processus physiques et biologiques. La science de la nature et les technologies informatiques remodèlent notre compréhension de l'être, et derrière cela, l'idée de comment nous pouvons et devons travailler avec la forme architecturale et l'espace. Cela implique l'émergence et le développement de nouveaux outils, méthodes et méthodes, ce qui change considérablement l'idée de quelle est la morphologie de l'architecture, c'est-à-dire une science qui étudie la structure d'une forme architecturale. Si, par exemple, la morphologie biologique est la structure de la forme d'un organisme et les caractéristiques de sa structure, et en mathématiques c'est la théorie et la technique d'analyse et de traitement des structures géométriques basées sur la théorie des ensembles et la topologie, alors les principes de la la morphologie architecturale se situe quelque part entre celles de la biologie et des mathématiques. Si les formes architecturales du passé pouvaient être considérées comme la structure finale, elle doit maintenant être considérée à travers le développement de la forme - morphogenèse.
Processus
Tout au long de la majeure partie de son histoire, l'architecture a été fascinée par le résultat final et statique. Mais avec l'émergence du postmodernisme, un autre intérêt est apparu: l'architecture est de plus en plus emportée par le processus de création d'un projet. Au début, il s'agissait de collages d'allusions à de grands styles historiques, à l'ancien système d'ordre, etc., puis il entre dans le champ du jeu avec des processus plus abstraits: forces, énergies, géométrie pure, qui formaient l'image du déconstructivisme. De plus, ce jeu, entrant dans l'immensité de la modernité, s'incarne dans une pensée schématique, lorsque les présentations des architectes ressemblent de plus en plus à des instructions d'assemblage et de développement d'un objet architectural.
Une telle tentative de transfert de l'architecture du plan des idées subjectives du créateur au plan rationnel des décisions et des tâches objectives reflète les exigences du temps nouveau. Les chaînes de diagrammes, graphiques, explications reflètent pourquoi et comment l'objet architectural est apparu. Mais contrairement à la pratique du postmodernisme, qui reflète la subjectivité irrationnelle de l'architecte, cela se produit sur la base de l'analyse du volume, des zones utilisables, de la surface du bâtiment, de l'orientation vers le soleil, de la distribution des hauteurs, des points de vue, de la quantité de verdure et des places de parking, du transport. et les routes piétonnes et de nombreux autres facteurs objectifs. Pour un exemple, vous pouvez vous référer à n'importe quel projet des célèbres BIG, MVRDV ou OMA.
Cela correspond très bien à la manière dont nos idées sur la nature de notre monde ont changé. L'image scientifique du monde a montré que les objets complexes de nature animée et inanimée sont des dérivés de processus. En eux, à travers une séquence de procédures de transformation - fusion, division et transformation - de nouvelles entités sont générées.
De l'action à la procréation
Nous avons eu la chance d'être présents à l'époque incroyable de la restructuration globale de «l'homme qui fait» en «l'homme générateur». Quelle est la différence entre le premier et le second? Le premier est basé sur la manière traditionnelle de créer un artefact artificiel. C'est quand il y a une image finale, un plan, une décision et qu'une personne, par certaines actions, atteint le résultat souhaité. Imaginez créer un super-héros. Imaginez alors un sculpteur du type "faiseur". Tout d'abord, il dessine ou sculpte une esquisse d'une future sculpture, en utilisant un modèle pour saisir la plasticité humaine correcte. Puis il prend un ciseau et traite un morceau de pierre. Le résultat n'est pas un super-héros nécessaire, mais son reflet inanimé, à peine capable d'exploits.
Cela est également vrai lors de la création d'architecture. Par exemple, un architecte du premier type propose d'abord une image d'un bâtiment basée sur une perception et une expérience subjectives. C'est l'idéal qui, selon l'architecte, devrait changer la vie des gens pour le mieux, et par conséquent, il devrait être construit partout. Ensuite, il prend une grille de colonnes standard de 6x6 mètres, des sols standard, des briques, etc. et met ce constructeur ensemble, en s'efforçant de se rapprocher de l'idéal d'origine. A la sortie, le bâtiment est peu adapté à la vie, non seulement parce que dans le processus il s'est éloigné de l'idéal, mais aussi parce que l'idéal lui-même était une invention d'architecte, indirectement liée à la situation réelle. Un tel bâtiment peut être reproduit tel quel, ou effectuer manuellement de petits changements, mais, dans tous les cas, il peut difficilement répondre à l'impulsion initiale d'améliorer la vie des gens.
Mais comment fonctionne la faune? Et comment une personne du second type - une «personne générative» - agit-elle comme elle? Les objets de la nature sont générés à partir des interconnexions de ses éléments agissant sur la base de lois, de règles et de restrictions. Les organismes vivants n'ont donc pas une image finale à laquelle ils s'efforcent, mais ils ont une combinaison d'effets des actions du génotype, de la totalité de tous les gènes d'un organisme donné et de l'ontogenèse, du développement individuel d'un organisme de la création à la mort., la plupart du temps passé dans la lutte pour la survie. Cela conduit à la formation d'un organisme individuel avec son propre phénotype, c.-à-d. la totalité de tous les signes et propriétés internes et externes de l'organisme. Ainsi, on peut voir que les actions, les processus et le développement sont ce sur quoi la nature a misé dans la lutte pour la survie. À un moment donné, cela est devenu évident pour les gens.
Pour clarifier cette déclaration, revenons à notre super-héros. Afin de créer un vrai super-héros, nous devons développer son génotype, qui contiendra des super propriétés. Ensuite, nous la développerons dans une lutte pour son existence, à condition que sa survie dépende directement de notre survie. Nous obtenons donc le nécessaire et le jeu d'acteur, pas le super-héros idéal.
Dans un effort pour créer un bâtiment qui améliorera la vie des gens, «l'architecte génératif» créera un génotype pour son bâtiment afin que ce bâtiment se développe dans des conditions proches de la réalité, conformément aux principes énoncés dans le génotype. À la sortie, nous obtenons un bâtiment qui s'est adapté aux conditions environnantes, et exécute efficacement les tâches pour lesquelles il était destiné. Un tel bâtiment peut être reproduit comme des organismes, non pas par copie, mais par la génération de nouveaux bâtiments, en utilisant le même génotype ou légèrement modifié, fournissant ainsi une population stable.
Performativité
La pratique se répand de plus en plus dans laquelle les actions exprimant un processus conçu en elles-mêmes sont ce qui prédétermine l'essence finale d'un artefact. C'est ainsi que le moussage détermine les qualités de base de la mousse. En fait, la mousse elle-même est à la fois un acte et le résultat d'un acte, et ce que nous appelons «mousse» ne fixe que l'état final de l'action en cours. Cette approche performative, lorsque la fabrication est indissociable du résultat final, est devenue une caractéristique importante de l'art et de l'architecture contemporains. Dans ce cas, l'approche performative est réalisée à travers des actions réalisées à la fois dans la réalité et dans des programmes informatiques qui imitent des actions en temps réel.
Un exemple d'approche performative produite dans la réalité est l'installation artistique Tape du groupe croato-autrichien Numen / For, exposée dans le monde entier. Ce n'est pas un projet final à transporter d'un site à l'autre ou créé à partir de dessins de site, mais un processus qui utilise de grandes bandes de ruban adhésif et des procédures, des règles et des solutions locales simples qui peuvent être considérées comme des mutations dans le génome sous-jacent. En lui, la matière à travers des actions réalisées dans un nouvel environnement se matérialise dans un environnement à chaque fois unique, mais ayant des caractéristiques spatiales communes avec d'autres incarnations de "Teip".
L'environnement est utilisé comme support pour une culture progressive par le biais du processus de collage d'abord des bandes longitudinales, puis des bandes de serrage transversales du ruban adhésif. Ainsi, le scotch n'est pas seulement l'une des options de matériau qui peut être remplacée par n'importe quel autre si désiré, mais fait partie intégrante du processus. Le ruban Scotch est un matériau qui prédétermine les actions effectuées, les propriétés de la structure et l'environnement en cours de formation. Ce n'est rien de plus que le processus de l'ontogenèse embryologique, lorsqu'un organisme entier se développe à partir d'une cellule! De plus, les conditions dans lesquelles un organisme se développe affectent sa forme (phénotype). Avec le même génotype, différentes conditions peuvent donner des caractéristiques différentes à un organisme, jusqu'à différents sexes. Dans les installations «Teip», les mêmes règles, fonctionnant dans des conditions différentes de l'environnement urbain, donnent lieu à une forme d'installation différente. Pour apprécier la combinaison de la similitude et de l'unicité, il suffit de comparer des installations à Belgrade, Berlin, Melbourne et Vienne.
Le processus d'apparition de "Tape" peut être observé sur l'exemple de la création d'une installation à Moscou:
Afin de comprendre comment l'approche performative de l'architecture peut être implémentée dans des programmes informatiques, il faut se pencher sur l'expérience de Daniel Piker, qui a participé à l'atelier Branching Points à Strelka cette année (voir la vidéo de sa conférence). Dans sa conférence à l'atelier, il a parlé d'un outil qu'il développe pour les architectes, où il est possible de créer une forme basée sur des interactions physiques, sur laquelle sont appliquées des forces similaires aux forces physiques. Dans ce cas, la forme finale est un dérivé du processus d'équilibrage de toutes les forces du système.
Algorithmes
Pendant de nombreuses années, et en particulier au cours de la dernière décennie, les principaux architectes se sont concentrés sur la façon d'utiliser la technologie informatique pour développer des algorithmes à partir desquels une forme architecturale est produite. Seule la liste des centres d'enseignement qui étudient ces questions parle d'elle-même: AA (Architectural Association), IAAC (Instiute for Advanced Architect of Catalonia), SCI-Arc (The Southern California Institute of Architecture), University of Applied Arts Vienna, RMIT University, Columbia University GSAPP, Delft University of Technology avec son laboratoire Hyperbody. Les algorithmes développés reflètent la vision de la façon dont un objet doit être généré, quelles relations, règles et restrictions opèrent dans leur système. Un tel processus, exprimé dans un algorithme et scellé dans un code informatique, peut être représenté comme le génome d'un objet qui produit des résultats différents en fonction des conditions externes, qui dans les algorithmes représentent les données initiales. Et le résultat de l'exécution de l'algorithme est la forme architecturale requise. Ce principe de conception d'une forme architecturale révèle tout un tas de possibilités: les processus d'autorégulation, l'adaptation de la forme à des conditions données, la possibilité de créer des populations d'objets aux caractéristiques différentes, et bien plus encore. Cette approche détermine en grande partie le concept conception paramétrique, qui est devenue la principale tendance de l'architecture moderne.
Morphogenèse
L'exécution de l'algorithme dans différentes conditions peut produire des populations entières d'objets associés. De plus, la population peut être constituée à la fois de bâtiments et d'éléments structurels d'un bâtiment, comme des populations d'organismes vivants et de cellules qui constituent les tissus vivants du corps.
Dans le processus d'une telle reproduction, une autre propriété importante d'un acte naturel tel que le polymorphisme peut se manifester - la capacité de certains organismes à exister dans des états avec différentes structures internes ou sous différentes formes externes. Dans les algorithmes architecturaux, cela ressemblera à la possibilité de choisir un moyen de traiter les données en fonction des propriétés des informations entrantes, et également, en fonction des circonstances, de choisir le chemin de génération de chaque objet spécifique dans un type de capacité à performances multiples. en architecture. Techniques et
Technologies de la conception morphogénétique, conception architecturale Vol.76 No.2, p.8 ">[1].
Un exemple de manifestation du polymorphisme est une vidéo qui montre comment la disposition change de manière significative lorsque la géométrie du plan de construction change.
Dans un sens, l'algorithme de ce projet fonctionne comme l'activation et la désactivation de tous les gènes en fonction des conditions conduisant à différents états de l'organisme.
La coque de la structure créée lors de l'atelier Branching Points du festival White Tower 2011 à Ekaterinbourg était constituée d'éléments homogènes. Chaque élément a été plié à partir d'une feuille d'acier pour ressembler à une pyramide. Les plis des éléments en damier étaient dirigés soit dans une direction, soit dans la direction opposée de la surface de la coque. Ainsi, le polymorphisme ne se manifestait pas dans la forme, mais dans l'orientation des éléments. Ce principe a permis de créer une structure autoportante rigide, où les éléments, avec leur encombrement et leur grande courbure de la coque de forme arbitraire, ne se gênaient pas.
En urbanisme, le principe de la morphogenèse permet une planification flexible des territoires. Un exemple est le projet du Berlage Institute (Rotterdam, Pays-Bas), où la ville de Phoenix a été étudiée. Le modèle prédictif de la zone a été développé sur la base de la carte de rayonnement du sol désertique, à la place de laquelle une nouvelle zone résidentielle devrait apparaître. Selon le niveau de rayonnement, les contours des unités résidentielles sont formés de sorte que les émissions soient minimales pour chaque unité. C'est ainsi qu'apparaissent diverses propriétés du logement. Chaque complexe résidentiel se révèle non seulement différent en taille et en forme, mais comprend également divers programmes d'activités et diverses formes d'organisation. [2].
Pour comprendre comment la nouvelle morphogenèse se manifeste dans le développement des structures architecturales, on ne peut que se référer à l'expérience du programme Emergent Technologies and Design de l'Architectural Association à Londres. Ils ont exploré comment, ensemble, le code informatique, les mathématiques, les lois physiques, les matériaux et les technologies de fabrication avancées peuvent créer de nouvelles structures de matériaux complexes auparavant impensables.
Un exemple de la façon dont la morphogenèse d'un objet entier dépend de la morphogenèse de ses pièces est le projet de remise sur le toit-terrasse de AA ComponentMembrane, qui a été conçu, calculé, fabriqué et installé en seulement 7 semaines. La verrière devait être suffisamment bien protégée du vent et de la pluie, en même temps, il était nécessaire de minimiser la charge de vent horizontale en raison de la faible structure de support et de ne pas obstruer les vues depuis le toit[3]… Dans ce cas, la canopée devait avoir la capacité d'ombrer de différentes manières à différents moments de l'année à différents moments de la journée. La forme de chaque élément de la verrière a été déterminée en s'accordant sur tous ces critères.
La structure en nid d'abeille de la verrière se compose d'un ensemble d'éléments. Pour chaque type d'élément de verrière, le meilleur matériau a été choisi pour remplir son rôle: résistance au vent, charges gravitationnelles, ombrage. Pour cela, un modèle paramétrique a été réalisé, ce qui a permis de réaliser le processus évolutif de recherche d'une solution optimale. En fin de compte, cette morphogenèse numérique a abouti à une canopée composée de 600 éléments structurels différents et de 150 formes de membranes différentes.
Leur autre projet, Porous Cast, a examiné les diatomées et les radiolaires. Les diatomées sont des algues unicellulaires ou coloniales. La cellule est emballée dans des parois cellulaires caractéristiques et très différentes qui sont imprégnées de quartz. Le squelette radiolaire est composé de chitine et d'oxyde de silicium, qui forment une surface poreuse. La masse poreuse de ces deux types de cellules offre un modèle intéressant de moulage mural différencié, qui offre de nouvelles possibilités architecturales spécifiques, comme la perméabilité à l'air, à la lumière, à la température, etc. La première phase de l'expérience a consisté à couler du gypse entre des coussins gonflés, ce qui a atteint la forme inhérente au squelette minéralisé naturel des cellules. Ensuite, des expériences physiques et une analyse numérique du flux d'air et de l'illumination ont été menées pour révéler des changements de propriétés en fonction de diverses caractéristiques de la forme, telles que la taille des cellules et leur perméabilité. Le but ultime du projet était de créer un système de production capable de s'auto-organiser et de créer un mur avec des caractéristiques différentes dans différentes parties de celui-ci.[4]… En outre, cette approche permet de proliférer - la prolifération des tissus corporels par la multiplication des cellules, exprimée dans ce cas par la capacité à faire croître une paroi avec des caractéristiques différentielles par un processus.
Dans les prototypes de coque créés lors de l'atelier Branching Point: Interaction en août 2011, la morphogenèse paramétrique ne s'est pas manifestée sous la forme d'éléments, mais dans la géométrie des liens. Le concept de design a été développé par Daniel Piker, créateur du plugin Kangaroo pour Grassopper, et Dimitri Demin. Dans le modèle, en simulant des interactions physiques, les points sont répartis sur une surface à double courbure de manière à la remplir uniformément et à former des triangles avec la plus grande égalité de côtés possible. Déjà dans le modèle physique, des triangles isocèles identiques s'emboîtent avec de petites liaisons élastiques et, lorsque la surface minimale est tendue, forment une surface donnée avec un écart minimal entre les éléments.
Variabilité
Ces exemples montrent comment une approche morphogénétique peut être utilisée pour créer une forme qui se développe dans un environnement, mais fini et statique. Dans le même temps, l'un des principes de base d'un organisme vivant, lorsqu'une cellule se déforme et change ainsi la forme de tout l'organisme, peut être utilisé en architecture, auquel cas l'adaptation passe du projet à la vie réelle du bâtiment.
Le prototype d'un bâtiment déformable, dont la forme réagit aux changements de conditions, peut être le projet Muscle NSA (NonStandardArchitectures) créé par le groupe de recherche Hyperbody.[5] sous la direction de Kas Osterhuis à l'Université technique de Delft (TUDelft, Pays-Bas). En 2003, un prototype de bâtiment a été exposé au Centre Pompidou, où une membrane pneumatique repose sur un réseau de «muscles» industriels industriels formant des cellules triangulaires. Les muscles se contractent et se détendent de manière autonome, se coordonnant en temps réel avec le programme de contrôle général, déformant ainsi tout le volume du pavillon. Le pavillon répond au moyen de capteurs placés autour de lui, réagissant au mouvement des personnes de différentes manières[6]… En 2005, Hyperbody a créé la prochaine version, appelée Muscle Body, où le système de travail coordonné de tous les muscles a été amélioré, ce qui a permis de maintenir la forme d'une membrane de lycra étirée, similaire à celle utilisée dans les vêtements de sport. Les muscles modifient la géométrie de l'auvent, comprimant et étirant différentes parties du tissu, modifiant ainsi leur épaisseur et leur transparence. Le pavillon réagit à la façon dont les gens pénètrent à l'intérieur: il modifie l'éclairage et le son généré, en fonction du mouvement des visiteurs[7]… Ainsi, les caractéristiques de l'environnement deviennent dynamiques et indissociables de la nature du bâtiment lui-même.
En allant dans cette direction, il est possible de créer des structures morphogénétiques, où chaque élément peut indépendamment, mais en accord avec ses voisins, changer de forme afin que les propriétés de l'environnement, telles que l'éclairage, la température, le flux d'air, la couleur, la texture et bien d'autres plus, va changer. Et si cela est lié au principe naturel de flexibilité et d'élasticité de la matière vivante, alors nous passons à un autre niveau de formation de l'habitat.
Un exemple d'une telle déformation non mécanique est le projet Shape Shift, où des éléments de coque sont conçus pour se déformer sous l'influence de l'électricité. Ensemble, le département d'automatisation architecturale de l'ETHZ et le Laboratoire fédéral suisse de science et technologie des matériaux de l'EMPA expérimentent un polymère électroactif (EAP) qui se contracte et se dilate en fonction de la tension appliquée. Leur membrane est un sandwich de plusieurs couches de matière. Lorsque la surface de la couche d'EPA diminue, la membrane entière se déforme en raison de la différence de zones entre les couches inférieures et supérieures de la membrane.[8].
Vidéo du projet ShapeShift:
Un autre type de déformation, mais très important, est la réaction directe des éléments aux changements de l'environnement par le biais des propriétés inhérentes des matériaux et de la structure. C'est un processus autonome et auto-organisé. Il vous permet de créer des coques qui fonctionnent comme de la peau, où chaque cellule est mieux sensible aux changements de l'environnement qu'une construction d'ingénierie de haute technologie, composée de nombreuses parties disparates.
L'installation "HygroScope - Meteosensitive Morphology", créée par Achim Menges en collaboration avec Stefan Richert, fonctionne sur ce principe. Ils ont étudié les propriétés d'un cône de conifère pour s'ouvrir et se fermer lorsque l'humidité change. Les propriétés hygroscopiques des fibres de bois leur permettent d'absorber le liquide et de sécher, passant par ce cycle plusieurs fois sans dommage. Après cela, une structure a été créée à partir de couches minces, dont les propriétés anisotropes permettent à la plaque de se tordre rapidement dans une direction. Ainsi, la réaction de la coque aux modifications des propriétés de l'environnement est programmée physiquement. [9].
Vidéo HygroScope - Centre Pompidou Paris:
Le dernier exemple est l'installation BLOOM créée par le studio d'architecture dO | Su. La surface est constituée d'éléments du même type, qui sont des plaques bimétalliques. Le bimétal, lorsqu'il est chauffé à la lumière directe du soleil, commence à se plier, ouvrant ainsi les pores de la coque, permettant à l'air frais de pénétrer sous la structure.
Vidéo BLOOM Surface:
Dans ce projet et dans le précédent, le principe de la morphogenèse numérique fonctionne simultanément, dans lequel chaque élément est légèrement différent de ses voisins, car sa formation utilise des données légèrement différentes de celles qui forment les voisins. Mais cet élément change également de forme sous l'influence non pas de données, mais d'énergies ou de propriétés de l'environnement. Ce principe permet d'intégrer un objet architectural dans le système écologique de manière naturelle.
Si l'architecture antérieure s'inspirait des formes naturelles, la nature fournit désormais aux architectes ses méthodes et ses technologies pour travailler la forme et la matière. Or, la morphogenèse fait aussi partie intégrante de la morphologie architecturale qu'elle l'est de la biologie. Les processus de polymorphisme, de prolifération, d'évolution, d'auto-organisation sont déjà une véritable boîte à outils pour un architecte, dont l'utilisation permet de construire plus correctement des relations entre l'homme, l'environnement artificiel et la nature. Et, peut-être, si nous changeons l'angle de vue, alors nous verrons qu'en fait nous avons avancé beaucoup plus loin dans la construction des êtres vivants que nous ne le pensons. Seuls les êtres vivants n'apparaissent pas dans le génie génétique, mais dans l'architecture.
Notes de bas de page
[1] Hensel, Michael, Vers une capacité d'auto-organisation et de performances multiples en architecture. Techniques et technologies de la conception morphogénétique, conception architecturale vol. 76 n ° 2, p. 8.
[2] Wiley, John Urbanisme morphogénétique. Conception architecturale: villes numériques, p. 65
[3] Hensel, Michael, Menges, Achim, Weinstock, Michael. Morphogenèse computationnelle, technologies émergentes et design, 2009, pp. 51-52.
[4] Porous Cast, URL:
[5] MuscleBody - KasOosterhuis, 2005, URL:
[6] Muscle Non-Standard Architecture, Centre Pompidou Paris, URL: https://protospace.bk.tudelft.nl/over-faculteit/afdelingen/hyperbody/publicity-and-publications/works-commissions/muscle-non-standard-architecture- centre-pompidou-paris /
[7] MuscleBody, 2005
[8] ShapeShift, document PDF, URL:
[9] Menges, Achim, Reichert, Steffen Capacité matérielle: réactivité intégrée, conception architecturale: calcul des matériaux: intégration supérieure dans la conception morphogénétique. Volume 82, Numéro 2, p. 52-59, 2012
Chronologie des événements du projet BRANCH POINT:
2010, juillet. Le premier atelier et conférences sur le point de branchement sur la flèche
2011, janvier. Atelier et conférences au festival Artery 2010
2011, janvier. Atelier et conférences au festival ARCHITECTURE OF MOVEMENT 2010 (YAROSLAVL)
2011, Août. Installation de BranchPointActSurf
2011 r., Peut. Une série de conférences "5.5 branches" à ArchMoscow 2011
2011, Octobre. Atelier composé de 4 groupes et conférences POINT DE DIRECTION: INTERACTION
2011, novembre. Atelier au festival White Tower 2011 à Ekaterinbourg
2012 février. Atelier conjoint et conférences SO-SOCIETY_2 au festival "Golden Capital 2012" à Novosibirsk.
2012, mars. Traitement en atelier. "Architecture paramétrique" à la galerie VKHUTEMAS, Moscou
archi.ru/events/extra/event_current.html?eid=6060
2012, Mars. Atelier et conférences à Krasnoïarsk à l'invitation du groupe 1ln 2012
branchpoint.ru/2012/04/03/vorkshop-digital-fabrication-v-krasnoyarske/
