Dans cet article nous montrerons que la discipline qu’est l’architecture repose sur un ensemble complexe d’éléments, qui évoluent au fil des siècles en fonction des matériaux, des techniques de construction et des mathématiques. Pour comprendre pleinement l’histoire et l’évolution de l’architecture, il est essentiel d’intégrer ces 3 composantes fondamentales et de connaître les contraintes liées l’édification d’ouvrages architecturaux. Nous ferons un clin d’œil également à une initiative débutée en 1997 en France qui mérite vraiment sa place ici.
Les Matériaux de construction : une Histoire de pierre, de bois et d’innovations
L’utilisation de matériaux de construction appropriés est l’un des piliers de l’architecture. Au fil des siècles, différents matériaux ont été utilisés pour répondre aux besoins architecturaux. L’ancienne Égypte, par exemple, a employé la pierre pour ériger ses célèbres pyramides, en utilisant des mathématiques pour garantir la précision des dimensions et la stabilité des structures.
Au cours de l’histoire, de nouveaux matériaux ont fait leur apparition. L’acier a révolutionné la construction au XIXe siècle, permettant aux architectes de concevoir des structures plus audacieuses. L’utilisation du béton armé au XXe siècle a donné naissance à des gratte-ciel élancés et à des édifices avant-gardistes.
Les techniques de construction : de l’artisanat à la technologie numérique
Les techniques de construction ont également évolué en parallèle avec les matériaux. Au Moyen-Âge, les maîtres d’œuvre utilisaient des méthodes artisanales pour construire des cathédrales. Les mathématiques, notamment la géométrie, étaient indispensables pour créer des plans complexes et concevoir des voûtes et des arcs magnifiques.
Avec l’avènement de l’ère industrielle, les techniques de construction ont évolué grâce à l’utilisation de machines, de grues et de méthodes de préfabrication. Les mathématiques ont été mises à profit pour l’analyse des contraintes sur les structures, permettant la construction de ponts et de bâtiments toujours plus ambitieux.
Aujourd’hui, l’architecture incorpore des technologies numériques avancées, basées sur des principes mathématiques, qui permettent aux architectes de concevoir des structures complexes avec une précision inégalée.
Les mathématiques : un guide intemporel
Outre les mesures de base concernant la hauteur ou la largeur d’un bâtiment, les mathématiques servent aussi de guide dans le choix de l’utilisation de certains types de matériaux et de techniques de construction spécifiques afin de tenir compte des contraintes de forces qui jouent un rôle essentiel dans l’architecture. Elles sont un élément essentiel à prendre en compte car elles déterminent la stabilité et la durabilité des structures. Comprendre ces contraintes est crucial pour concevoir des bâtiments solides et sûrs. Voici un aperçu des principales contraintes de forces dans l’architecture :
Compression : La compression est une force qui pousse les matériaux de construction vers l’intérieur. Les éléments qui subissent principalement des forces de compression sont les piliers, les colonnes et les murs. Les architectes doivent veiller à ce que ces éléments puissent supporter la charge sans déformation excessive.
Tension : La tension est l’opposé de la compression. Elle se produit lorsque des matériaux sont étirés. Les éléments soumis à des forces de tension comprennent les câbles, les chaînes et certaines parties des structures suspendues. Il est crucial de choisir des matériaux capables de résister à la tension sans se rompre.
Cisaillement : La force de cisaillement se produit lorsque des parties d’une structure glissent l’une par rapport à l’autre. Les zones sujettes au cisaillement comprennent les joints, les soudures et les attaches. La conception et les matériaux doivent être choisis pour résister à ces forces.
Flexion : La flexion est la déformation causée par la combinaison de forces de compression et de tension. Les poutres et les linteaux sont des éléments couramment soumis à des forces de flexion. La conception de ces éléments doit prendre en compte leur capacité à résister à ces forces pour éviter la rupture ou la déformation excessive.
Cohésion : La cohésion fait référence à la capacité des matériaux à résister à la rupture sous l’effet de forces internes. Cela est particulièrement important pour les matériaux en béton, en pierre et en brique. Les ingénieurs doivent garantir que ces matériaux restent intacts malgré les contraintes auxquelles ils sont soumis.
Compression latérale : La compression latérale se produit lorsque des éléments sont comprimés de manière non uniforme ou oblique. Cela peut entraîner des déformations et des défaillances structurales. La conception doit minimiser ces forces pour maintenir la stabilité.
Torsion : La torsion est une force rotative qui agit sur des éléments tels que les colonnes ou les poteaux. Les architectes et les ingénieurs doivent concevoir ces éléments pour résister à la torsion, en utilisant des matériaux et des formes appropriés.
Sismiques et vents : Les forces sismiques résultent des mouvements du sol pendant un tremblement de terre, tandis que les forces dues au vent sont provoquées par la pression exercée par le vent sur les bâtiments. Les bâtiments doivent être conçus pour résister à ces forces en utilisant des techniques telles que l’isolation sismique et la résistance au vent.
La compréhension et la gestion de ces contraintes de forces sont essentielles pour garantir la sécurité et la stabilité des bâtiments. Les architectes et les ingénieurs doivent tenir compte de ces forces lors de la conception, en choisissant des matériaux appropriés, des formes structurales et des méthodes de construction pour garantir que les structures puissent résister aux charges qui leur sont imposées
Le Chantier de Guédelon : un exemple de retour aux Fondamentaux
Le chantier de Guédelon, situé en Bourgogne, est un exemple extraordinaire de l’importance de ces composantes dans l’architecture. Ce projet de reconstitution d’un château médiéval du XIIIe siècle repose sur des connaissances mathématiques fondamentales pour assurer la précision dans la construction.
Les artisans travaillent en étroite collaboration avec un conseil scientifique, des architectes et autres spécialistes du métier du bâtiment, afin de garantir que chaque élément est pensé et construit avec précision, dans le respect des normes de l’époque. Les artisans de Guédelon travaillent avec des matériaux locaux, tels que la pierre, le bois le métal, en utilisant des techniques d’époque, nécessitant des compétences mathématiques pour la mesure, la géométrie et la géodésie. Les calculs de résistance des matériaux, les proportions et les mesures étaient cruciaux pour la construction de châteaux, de cathédrales et d’autres édifices monumentaux de cette période. Cela démontre comment les mathématiques étaient au cœur de la réalisation de structures monumentales, même à une époque où elles étaient moins formalisées.
L’architecture est en constante évolution comme un reflet de l’évolution de la société. Elle résulte de la combinaison harmonieuse des matériaux, des techniques de construction et des mathématiques. Les mathématiques sous-tendent les principes de conception, les calculs de résistance et les mesures précises nécessaires à la réalisation de bâtiments exceptionnels. Les bâtiments anciens témoignent de la maîtrise des artisans de l’époque, tandis que les réalisations modernes exploitent les innovations technologiques pour créer des structures avant-gardistes.
Par cet exemple, le chantier de Guédelon nous rappelle l’importance de comprendre et de respecter l’histoire de la construction et demeure le reflet de la maîtrise des matériaux, des techniques de construction et des mathématiques à travers les siècles. Ce ne sont pas simplement des éléments pratiques, mais des témoins de l’évolution de la science, de l’art et des mathématiques. Ils sont au cœur de l’architecture, permettant aux architectes de créer des œuvres qui reflètent leur époque tout en préservant le savoir-faire du passé.