Coque de construction adaptée au climat

CABS (Climate-adaptative building shell) est un terme dans l’ingénierie du bâtiment qui décrit le groupe de façades et de toits qui interagissent de façon dynamique avec la variabilité de leur environnement. Les bâtiments conventionnels ont des enveloppes de bâtiment statiques, et ne peuvent donc pas agir en réponse aux conditions météorologiques changeantes et aux exigences des occupants. Par contre, les coques de bâtiments adaptées au climat ont la capacité de changer avec le temps. Les CABS bien conçus ont deux fonctions principales: elles contribuent à économiser l’énergie pour le chauffage, le refroidissement, la ventilation et l’éclairage; et ils induisent un impact positif sur la qualité de l’environnement intérieur des bâtiments.

Définition
Loonen et al. définit CABS comme suit:

Une enveloppe de bâtiment adaptable au climat a la capacité de changer de façon répétée et réversible certaines de ses fonctions, caractéristiques ou comportements au fil du temps en réponse à des exigences de performance changeantes et des conditions aux limites variables.

Contexte
Les méthodes de construction modernes, les développements en sciences des matériaux et la disponibilité de composants de façades cinétiques contrôlables offrent maintenant de riches possibilités pour des solutions d’enveloppe de bâtiment innovantes répondant mieux au contexte environnemental, permettant ainsi à la façade de se comporter comme un organisme vivant. La nature est considérée comme l’une des sources d’inspiration les plus importantes pour CABS. L’adaptabilité est omniprésente, et les efforts en biomimétique pour transmettre les idées éprouvées de la nature dans le contexte des bâtiments sont gratifiants. La façon dont les gens transpirent, frissonnent et ajustent les vêtements a été utilisée par beaucoup comme une métaphore pour concevoir la peau du bâtiment comme une membrane vivante. De même, plusieurs concepts CABS imitent le tropisme: la croissance directionnelle des plantes ou la rotation dans le sens de certains déclencheurs environnementaux. Le phototropisme (changement en réponse à la lumière) et l’héliotropisme (changement en réponse au soleil) ont été transformés efficacement en concepts CABS, permettant la collecte et le rejet en temps opportun de l’énergie solaire [59] and [60].

Concepts associés
CABS est seulement une désignation pour un concept de façade qui peut être décrit par une gamme de termes différents. Plusieurs variantes du terme «adaptatif» peuvent être utilisées, notamment: actif, avancé, dynamique, intelligent, interactif, cinétique, réactif, intelligent et commutable. De plus, les concepts d’architecture réactive, d’architecture cinétique et de construction intelligente sont étroitement liés. La principale différence avec CABS est que l’adaptation a lieu au niveau de la coque du bâtiment, alors que les autres concepts considèrent une approche globale.

Types d’adaptation
Les mécanismes adaptables dans CABS peuvent être divisés en deux classes. Le comportement adaptatif est soit basé sur un changement dans les propriétés ou le comportement à l’échelle macro, ou à l’échelle micro. Le premier type d’adaptabilité dans les coquilles de construction est souvent appelé «enveloppes cinétiques», ce qui implique qu’un certain type de mouvement observable est présent. L’adaptation à l’échelle macro entraîne généralement des changements dans la configuration de la coque du bâtiment via des pièces mobiles. Les types de mouvement qui peuvent être observés varient considérablement, et sont généralement décrits par l’un des gérondifs suivants: pliage, glissement, expansion, rainage, charnière, roulement, gonflage, ventilation, rotation, curling, etc. Dans l’autre type de CABS (micro échelle), les changements affectent directement la structure interne d’un matériau. Ici, l’adaptabilité se manifeste soit par des changements dans les propriétés optiques thermophysiques ou opaques, soit par l’échange d’énergie d’une forme à l’autre. Des matériaux intelligents tels que des alliages à mémoire de forme ou des polymères sensibles à la température sont souvent utilisés pour réaliser ce type d’adaptation.

Exemples notables
Bien que le concept de CABS soit encore relativement nouveau, plusieurs centaines de concepts peuvent être trouvés dans des bâtiments partout dans le monde. La liste suivante montre un aperçu des exemples notables.

Exemples construits
Tours d’Al Bahr, Aedas, Abu Dhabi
Institut du Monde Arabe, Jean Nouvel, Paris, France
Héliotrope, Rolf Disch, Fribourg, Allemagne
Burke brise soleil – Pavillon Quadracci, Musée d’art de Milwaukee. Santiago Calatrava, Milwaukee, Wisconsin, États-Unis
Bibliothèque de Surry Hills, Francis-Jones Morehen Thorp, Sydney, Australie
Théâtre Bengt Sjostrom, Studio Gang Architects, Rockford, Illinois, États-Unis
Pare-soleil mobile Kuggen, Wingårdh arkitektkontor, Göteborg, Suède
Sous-systèmes et composants
La lumière du jour active
Isolation dynamique
Matériau à changement de phase
Lunettes intelligentes