Le rapport entre matière et structures reprend un rapport existant à un plus haut niveau entre l’architecture et la mécanique, dans le sens plus général que l’on peut attribuer à ce dernier terme, à savoir entre l’art et la science de la construction. Cependant, cette dichotomie entre l’art et la science [entre “sentiment” et “raison”] que l’on ressent aujourd’hui dans la formation des élèves des écoles d’architecture et d’ingénieurs, n’apparaît pas si clairement dans l’étude de l’histoire de l’architecture. C’est pourquoi, afin justement de parvenir à une meilleure compréhension ce qui sera exposé dans la suite, j’estime qu’il est nécessaire que le thème central de ce texte soit précédé d’un bref aperçu historique sur les développements du génie des structures et de la science de la construction avant le XXe siècle, où a été le plus perçue cette distinction entre l’architecture et la science de l’ingénieur. Ces développements sont symptomatiques d’un processus qui, s’il a ouvert d’un côté de nouvelles voies au génie des structures, et indirectement à l’architecture, a établi et consolidé de l’autre les fondements théoriques d’une discipline - la science des constructions [c’est-à-dire la synthèse entre résistance des matériaux, mécanique des solides et des structures] - qui dans notre siècle a vu d’importantes applications, mais peu d’actes de fondation, orientés seulement à la définition de champs d’intervention par ailleurs déjà anticipés au cours des siècles précédents (comme par exemple la théorie de la plasticité, …). Les dernières décennies du XVIIIe siècle et la première moitié du siècle suivant sont caractérisées par de grandes mutations, accompagnées d’innovations technologiques, dans le secteur des constructions également. Un «tournant» particulièrement important par rapport à la vieille «science des ingénieurs» s’est vérifié au XIXe siècle, initiant l’actuelle science de la construction, et a été marqué par deux aspects principaux, mis en avant par les ingénieurs et les savants des écoles polytechniques: 1) l’attention envers les propriétés mécaniques des matériaux, en relation à différents états de contrainte; 2) une nouvelle lecture de la construction faisant découvrir dans celle-ci la trace de structures élémentaires. De nouveaux «acteurs» occupent le devant de la scène dans la science de la construction: la tension et la déformation; de nouveaux objectifs, comme la définition des limites de sécurité des constructions, se posent aux concepteurs. Auparavant la forme géométrique était la protagoniste de l’intervention sur les structures (voir par exemple l’emploi des structures voûtées pour la couverture de grands espaces et pour la construction des ponts), et donc l’invention de la composition et la compatibilité statique étaient deux moments ind

1. Le rapport entre Matières et Structures dans
l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi
Université de Gênes
dédié à Giorgio Pigafetta

2. Le rapport entre matière et structures reprend un rapport existant à un plus haut
niveau entre l’architecture et la mécanique, dans le sens plus général que l’on peut
attribuer à ce dernier terme, à savoir entre l’art et la science de la construction.
Catedral Metropolitana Nossa Senhora Aparecida à Brasilia (1958-70),
Oscar Niemeyer (1907 – 2012).
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

3. dichotomie entre art et science
entre sentiment et raison
« L’habitude de considérer principalement les mathématiques de problèmes
statiques, l’impersonnalité rigide des formules par lesquelles la science de la
construction donne l’illusion d’être en mesure de classer le comportement des
structures statiques résistant, la nécessité de préparer rapidement de nombreux
jeunes dans la pratique et la rythme effréné des activités de construction (...) ont
toujours aidé à enlever entre leur technique et de l’art, éléments de base
indivisibles de chaque œuvre d’architecture », [Pier Luigi Nervi, 1945].
2003 : Curved Bridge, Chris Burden (1946 - ).
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

4. la science des constructions
synthèse entre résistance des matériaux, mécanique des solides et des structures
ou
l’art des structures
1955 : Palais de l’Assemblée (Chandigarh, India),
Le Corbusier (1887 – 1965), Iannis Xenakis (1922 - 2001).
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

5. Index des thèmes traités.
1 Petit abrégé historique sur l’évolution du génie des structures et de la science
de la construction avant le XXe siècle.
2 La conception structurale et les “nouveaux matériaux”.
3 Scienza o arte del costruire? [Nervi, 1945].
4 Le béton armé: les ponts de Robert Maillart, les surfaces courbes à trois
dimensions et leur caractérisation structurale.
5 L’acier: les structures textiles et les systèmes en treillis (systèmes réticulés) à
trois dimensions.
6 Les matériaux composites: les membranes prétendues.
7 Conclusions.
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

6. 1. Petit abrégé historique sur l’évolution du génie des structures et de la
science de la construction avant le XXe siècle
1.1 La “révolution industrielle”
science des ingénieurs vs. science de la construction
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

7. nouveaux «acteurs» occupent la scène dans la science de la construction
la tension et la déformation
1743 : machines ’divulsoria’.
Giovanni Poleni (1683 - 1761) l’a utilisé pour
déterminer la résistance à la traction des barres de fer
qui étaient à être utilisé sur le dôme de Saint Peter.
1660 : Appareil expérimental utilisé par
Robert Hooke (1635 – 1703) qui décrit la loi d’élasticité.
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

8. l’usage de «nouveaux» matériaux:
la fonte et le fer, puis l’acier et le béton armé,
on assistera à une «libération» de la variable formelle
1900 : Paris, Exposition Universelle, la porte monumentale (René Binet, 1866 – 1911).
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

9. Les grandes étapes de l’architecture métallique et du génie civil jusqu’à ce que le premier du XXe
siècle, par exemple, peuvent être résumées comme suit :
• 1779 : pont de Coalbrookdale, c’est le premier grand pont métallique jamais construit. Project
par omas Farnolls Pritchard (1723 – 1777) et Abraham Darby III (1750 – 1791)
• 1801 : pont des Arts par Louis-Alexandre de Cessart (1719 – 1816) et Jacques Vincent de Lacroix
Dillon (1760 – 1807)
• 1811 : coupole de la Halle au blé (Bourse de commerce de Paris) de François-Joseph Bélanger
(1745 – 1818)
• 1847 : usine de James Bogardus (1800 – 1874) à New York
• 1847 : Galerie Royales Saint Hubert a Bruxelles par Jean-Pierre Cluysenaar (1811 – 1880)
• 1850 : Bibliothèque Sainte-Geneviève de Henri Labrouste (1801 – 1875)
• 1851 : Crystal Palace à Londres de Joseph Paxton (1803 – 1865)
• 1852 : Grand Halles à Paris par Victor Baltard (1805 – 1874)
• 1889 : Galerie des machines à Paris de Victor Contamin (1840 – 1895)
• 1889 : Tour Eiffel, par Gustave Eiffel (1832 – 1923)
• 1871 : moulin de l’usine Meunier à Noisiel de Jules Saulnier (1817 – 1881)
• 1885 : Home Insurance Building à Chicago par William Le Baron Jenney (1832 - 1907)
• 1887 : le pont Paderno sur la rivière Adda par Jules Röthlisberger (1851 – 1911)
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

10. L’architecture et les ingénieurs.
1775-79: pont sur la Severn à Ironbridge près de Coalbrookdale (Abraham Darby III, 1750 - 1791).
Un emploi insolite de la fonte: les nervures principales (au nombre de cinq, d’environ 30,5 mètres de longueur) furent fondues et
moulées en une seule pièce sur du sable, puis transportées par voie fluviale sur le site où le pont devait être construit, et posées, unies au
sommet sans clous ni boulons.
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11. « Proved to be a catalyst for the growth of Sunderland »
1796: pont sur la Wear entre Sunderland et Monkwearmouth (parrainé par Rowland Burdon, c. 1757 – 1838; omas Paine,
1737 - 1809).
La fonte est traitée de la même façon que la pierre. Structure à six arches placées côte à côte, chacune constituée de 125 panneaux
creux en fonte reliés entre eux par des tiges en fer forgé (72 mètres d’ouverture).
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
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12. L’architecture de l’ingénierie.
L’architecture devient art expérimental et à la frontière.
1801: McConnell & Kennedy Mills, établissement de sept étages à Manchester, projet de Matthew Boulton (1728 – 1809) et
James Watt (1736 – 1819).
L’entreprise Boulton & Watt a été fondée par Matthew Boulton et James Watt en 1755 pour construite des moteurs dans leur
usine de Soho à Smethwick près de Birmingham en Angleterre.
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

13. La trilogie acier-verre-béton détrôna la pierre, la brique et le bois dans la nouvelle architecture et les
expositions universelles jouèrent un grand rôle dans l’expérimentation et la diffusion de l’architecture
métallique.
Une révolution technique que permet à Henri Labrouste (1801 – 1875) la construction de la haute et
légère couverture de la Bibliothèque Sainte-Geneviève (1842-50).
1842-50 : Bibliothèque Sainte-Geneviève, la salle de lecture.
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Massimo Corradi

14. «Du fer, du fer, rien que du fer !»
Baron Haussmann (Georges Eugène Haussmann, 1809 - 1891)
1854-74 : Halles centrales, gravure de E. Bourdelin représentant les anciennes Halles centrales à Paris, Victor Baltard (1805 –
1874) et Félix Callet (1791 - 1854).
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

15. 1801-1804: pont des Arts à Paris, Louis-Alexandre de Cessart (1719 - 1806) et Jacques Vincent de Lacroix Dillon (1760 - 1807).
La charpenterie en bois «à la Delorme» est reprise et appliquée à la fonte. Le pont actuel a été reconstruit entre 1981 et 1984 «à
l’identique» selon les plans de Louis Arretche (1905 – 1991), qui a diminué le nombre des arches (sept au lieu de neuf), ce qui permet
leur alignement sur celles du pont Neuf, tout en reprenant l’aspect de l’ancienne passerelle.
« Ce point du monde où l’on embrasse à la fois (...) l’Institut, le Louvre, la Cité- et les quais aux
bouquins, les Tuileries, la butte latine jusqu’au Panthéon, la Seine jusqu’à la Concorde », La
marche à l’Etoile (1943), Vercors (Jean Marcel Adolphe Bruller, 1902 - 1991).
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Massimo Corradi

16. Le charme de l’ancien, par opposition à l’élégance de la modernité.
1802-06: pont d’Austerlitz à Paris, Louis Becquey de Beaupré (1760 – 1849) et Corneillé Lamande (1776 - 1837).
Pont de fer, à péage, inauguré en 1807. Il repose sur quatre piles en maçonnerie et 5 arches en fonte. Malgré des coussinets en fer
fondu prévus pour absorber les trépidations de nombreuses fissures apparaissent le rendant dangereux.
1802-1806 1er pont. Il repose sur quatre piles en maçonnerie et 5 arches en fonte. Malgré des coussinets en fer fondu prévus
pour absorber les trépidations de nombreuses fissures apparaissent le rendant dangereux.
1854 2e pont. Le pont est reconstruit, plus large, et avec des arches en maçonnerie, en conservant les piles du précédent pont.
1884-1885 3e pont. Il est élargi une seconde fois. C’est sous cet aspect qu’on le découvre aujourd’hui.
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17. Les « ronds de serviette ».
1823: pont du Carrousel (Antoine-Rémy Polonceau, 1778 - 1847).
Pont réalisé avec trois arches d’environ 48 mètres composées de segments cylindriques creux en fonte intercalées avec des
voussoirs ayant la fonction de mettre en tension les arches.
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

18. La charpente métallique de la coupole de la Halle au blé (1806-11) s’est imposé
comme un modèle technique et architectural.
1806-11: La halle aux blés après les travaux de Bélanger et Brunet.
Une coupole de 39 mètres de diamètre terminée à son sommet par une vaste calotte vitrée (primitivement couverte de feuilles de
cuivre, qui furent remplacées en 1838 par des vitres), par François-Joseph Bélanger (1745 - 1818) et l’ingénieur François Brunet .
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

19. Entourer la nature avec le fer.
1833 : Jardin des Plantes
par Charles Rohault de Fleury (1801 – 1875).
1844-1848 : Decimus Burton (1800 – 1881) and Richard Turner (1798 - 1881),
Palm House in the Royal Botanical Gardens in Kew, Surrey (England), avant de Joseph Paxton,
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

20. Entourer l’architecture avec le fer.
1818-58: Cathédrale Saint-Isaac de Saint-Pétersbourg.
Coupole de Saint Isaac (1818-58) à Saint Pétersbourg par Auguste Ricard de Montferrand (1786 - 1858).
1823 : Gabriel Lamé (1795 - 1870) et Benoît Paul Émile Clapeyron (1799 – 1864)
Mémoire sur la stabilité des voûtes et Supplément au Mémoire sur la stabilité des
voûtes, “Annales des Mines”, Tome VIII, livr.4, 1823, p. 789-810, 811-818
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
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21. Les usines et les maisons de squelette de fer.
1885 : Home Insurance Building à Chicago, William Le Baron Jenney (1832 - 1907).
1871 : Moulin de l’usine Meunier à Noisiel de Jules Saulnier (1817 – 1881),
L’originalité de ce bâtiment de métal provient de sa structure visible qui semble dessiner la peau du bâtiment. L’usine de Noisiel
est la rencontre réussie entre l’art architectural de la fin du XIXe siècle et la fonctionnalité industrielle.
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

22. Arches et poutres en fer.
1887-89 : Le pont Paderno sur la rivière Adda par Jules Röthlisberger (1851 - 1911).
Pont en arc en fer: longueur 266 mètres, ouverture totale 150 mètres, hauteur 37,5 mètres, hauteur du tablier depuis la surface
de l’eau ou hauteur totale maximale de 85 mètres.
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

23. Jusqu’aux années 1840, des systèmes de planchers métalliques sont inventés à
cette époque pour les planchers des maisons et des immeubles de rapport, en
particulier aux planchers avec solives à double T. Ce type de plancher dominera ce
secteur de la construction à partir des années 1860, et connaîtra de nombreux
développements jusqu’à l’apparition des premiers planchers en béton armé dans
les années 1890.
1836: production industrielle de poutres en double T à utiliser entre les dalles des planchers à la place des poutrelles en bois.
Poutres pleines: poutre à une seule âme sans tables, composée d’un fer plat vertical et de 4 cornières. Les premiers profilés laminés
en double T utilisés en France datent de 1845 (les premières cornières en L et des fers en T simple sont commercialisées a partir des
années 1820) et sont des rails métalliques similaires à celles déjà breveté par John Birkinshaw (XIXe siècle). Ils sont employés par Eugène
Flachat (1802 – 1873) pour la construction de combles pour la Compagnie du chemin de fer de Saint-Germain, alors que le premier
plancher en France utilisant des solives à double T date de février 1849.
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

24. Treillage métallique.
1863 : Treillage métallique d’un hourdis en auget - A. solive B. entretoise C. fentons d’après Jolly et Joly et Treillage métallique
d’un hourdis en auget, avec « entretoises rigides » d’après Jolly et Joly (César Jolly et éophile Joly. Études pratiques sur la construction des
planchers et poutres en fer, avec notice sur les colonnes en fer et en fonte. Dunod, Paris, 1863).
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

25. 1.2 L’architecture réalisée avec les “nouveaux matériaux”: de l’usage de la
fonte et du fer (à partir de la fin du XVIIIe siècle) à l’introduction de l’acier et du
béton armé (à partir de la fin de XIXe siècle).
1810: «Vue sur le pont des Chaînes inventé par James Finley», gravure sur bois de William Strickland (1788 – 1854), architecte,
e Port Folio [Magazine], Juin 1810.
James Finley (1756 - 1828) est largement reconnue comme le premier créateur et constructeur du pont suspendu moderne. Bien
que non spécifiquement identifiés, il est probable que le pont des Chaînes à Chutes du Schuylkill (1808).
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

26. Le premier effondrement de ponts suspendus.
“ On Monday evening last at 5 o’clock, the iron bars connecting the cables and the right hand anchor
of the Newport and Covington Suspension Bridge, on the Newport side, gave way and the entire
structure fell with a tremendous crash into the Licking, a distance of 70 feet! ” (Covington Journal,
Saturday, January 21, 1854, p. 3).
1850 : La rupture du pont de la Basse-Chaîne à Angers.
1852: pont de la Roche Bernard sur la Vilaine.
1852: le premier pont de la Roche Bernard sur la Vilaine,
1839-1852.
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

27. Dans ces années, de nombreux ponts suspendus seront construits qui laissera
une marque importante dans l’histoire de la construction en fer et en acier.
1819-20: pont sur la Tweed, Northumberland, Captain Samuel Brown (1776 - 1852).
La charpente est soutenue par douze chaînes formées d’anneaux de 5 centimètres de diamètre, sur des éléments de 4,5 mètres de
longueur, pour une ouverture de 129 mètres. Il était le premier pont suspendu au monde conçu pour transporter des véhicules.
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

28. 1819-26: Menai Bridge par omas Telford (1757 – 1834).
Pont suspendu de Menai. Pont suspendu à chaînes (seize chaînes de suspension, chacune constituée de 935 barres de fer):
longueur 417 mètres, portée principale 176 mètres, largeur 12 mètres, hauteur 30 m. Matériau: fer forgé et pierre. En 1940 la structure
suspendue principale est remplacée par une identique en acier.
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

29. 1836-64: pont sur l’Avon à Bristol (Isambard Kingdom Brunel, 1806 – 1859), également appelé Clifton Bridge.
Pont suspendu à chaînes, Longueur 412 mètres, portée principale 214 mètres, largeur 9,4 mètres, hauteur 74 mètres. Matériau:
maçonnerie et fer (les chaînes forgées sont celles du pont suspendu à chaînes lancé sur la Tamise, près de Charing Cross Station, à
Londres - Hungerford Bridge - remplacé en 1859).
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

30. 1867-83: pont de Brooklyn à New York (John August Röbling, 1806 – 1869).
Sur ce pont, la double charpente, la partie supérieure routière et la partie inférieure ferroviaire, compose, avec ses liaisons
verticales et diagonales, une poutre en treillis qui garantit un raidissement adéquat (l’ouverture centrale est d’environ 488 mètres, les
ouvertures latérales mesurent environ 284 mètres chacune).
Le pont de Brooklyn, il a demandé à ses constructeurs ont une grande foi
dans leur capacité à gouverner la technologie.
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

31. 1.3 Les développements de la science des constructions au XIXe siècle.
Une aventure scientifique extrêmement «aristocratique»: la naissance de la
mécanique des solides et des structures
vs.
la «science des ingénieurs»
La fondation des grandes écoles:
1747 École royale des ponts et chaussées
puis (1775) École nationale des ponts et chaussées
1748 École royale du génie de Mézières
puis (1794) École d’application de l’artillerie et du génie
1794 École centrale des travaux publics
puis (1795) École Polytechnique
S’établit un rapport plus étroit entre les sciences physico-mathématiques et les
applications techniques.
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

32. Les étapes fondamentales du développement de
la moderne science des constructions.
En 1826, Claude-Louis Navier (1785 - 1836)
publie la première édition de son Résumé des
Leçons ... sur l’application de la mécanique, qui
marquera un tournant important aussi bien
dans la littérature scientifique que dans le génie
du XIXe siècle.
Un pont est ainsi jeté entre les procédés
techniques de la conception structurale et les
résultats théoriques obtenus par les grands
mathématiciens des Lumières.
Navier réédite, en les enrichissant d’intéressantes
notes ajoutées, de vieux traités comme le Traité
de la Construction des Ponts de Émiland Marie
Gauthey (1732 – 1806), La Science des
ingénieurs (1813) de Bernard Forest de Bélidor
(1698 - 1761) ou L’Architecture Hydraulique
(1819) du même auteur.
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

33. Les essais principaux qui sont le fondement de la nouvelle science galiléenne
peuvent être résumées comme suit:
• 1821 – Claude-Louis Navier: Mémoire sur le lois de l’équilibre et du mouvement des solides élastiques,
“Mémoires de l’Institut National”, 7 (1821), pp. 375-393, 1827; ouvrage célèbre à juste titre,
dans lequel sont rendues explicites les équations de base de la théorie mathématique de l’élasticité.
• 1823 – Augustin Louis Cauchy (1789 – 1857): Recherches sur l’équilibre et le mouvement intérieur
des corps solides ou fluides, élastiques ou non élastiques, “Bulletin des Sciences par la Société
Philomatique”, pp. 9-13; où est exposé le «grand théorème» de Cauchy (définition des équations
d’équilibre d’un solide élastique).
• 1828 - Augustin Louis Cauchy: Exercises de mathématiques, où l’auteur jette les bases de la théorie
mathématique de l’élasticité.
• 1833 - Siméon Denis Poisson (1781 – 1840) publie la seconde édition, revue et augmentée, de
son Traité de Mécanique (la première édition date de 1811).
• 1837 - George Green (1793 – 1841): On the laws of Reflection of Light at the common surface of
Two Non-crystallized Media, “Transl. Camb. Phil. Soc.”, 7 (1837), pp. 1-24, 113-120, 1839;
définition des équations de lien élastique.
• 1842 - Pendant la construction du pont sur la rivière Verebija, sur la ligne de chemin de fer Saint
Pétersbourg-Moscou, Jourawski (Dmitrii Ivanovich Zhuravskii, 1821 – 1891) arrive à la
définition de la relation qui exprime la résistance au cisaillement d’une poutre [publiée dans
“Annales des Ponts et Chaussées”, 12 (1856)].
Dmitrij Ivanovič Žuravskij (1821 – 1891)
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

34. • 1847 - Adhémar-Jean-Claude Barré de Saint-Venant (1797 – 1886): Mémoire de l’équilibre des
corps solides et Mémoire sur la torsion des prismes; “Comptes Rendus”, 24, pp. 260-63, 485-488,
847-849; où l’auteur affronte et résout le problème de la flexion et de la torsion des prismes.
«Les perfectionnements que les formules de Monsieur de Saint-Venant
ont apportés à la mécanique pratique, de même qu’à la mécanique
rationnelle, ont été si importants que beaucoup d’entre eux sont déjà
passés dans l’enseignement, et ont été exposés, notamment, dans le cours
de notre académicien Monsieur Poncelet à la Faculté des Sciences».
Jugement de Augustin-Louis Cauchy (1789 – 1857) (“Comptes Rendus”, 17, pp. 1234-1236).
Adhémar-Jean-Claude Barré de Saint-Venant
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

35. • 1857 - Solution de Benoit-Pierre-Émile Clapeyron (1799 – 1864) au problème de la poutre
continue (Calcul d’une poutre élastique reposant librement sur des appuis inégalement espacés,
“Comptes Rendus”, 45, pp. 1076-77. La solution de Clapeyron au problème de la poutre
continue est l’outil qui va révolutionner le calcul physico-mathématique des structures dans la
conception des ponts avec poutre continue.
• 1864 - Adhémar-Jean-Claude Barré de Saint-Venant publie le Résumé des Leçons de Navier en
l’enrichissant de Notes et appendices fondamentales pour le développement de la discipline.
• 1864 - Karl Culmann (1821 - 1881) publie son traité de Statique graphique (Die graphische
Statik) qui donnera une grande impulsion, entre autres, au calcul des structures en treillis au
moyen de simples méthodes graphiques.
Li,i−1
6EJi,i−1
Xi,i−1 +
Li,i−1
3EJi,i−1
+
Li,i+1
3EJi,i+1
"
#
$$
%
&
''Xi +
Li,i+1
6EJi,i+1
Xi,i+1 = − αi,i−1
*
+αi,i+1
*
( )+...
Benoit-Pierre-Émile Clapeyron
Karl Culmann (1821 – 1881)
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

36. Le théorème de Castigliano est outil fondamental pour la résolution des structures
hyperstatiques en élasticité. Le théorème de Castigliano est à la base de
nombreuses méthodes de calcul des efforts en résistance des matériaux. Il repose
sur une relation énergétique et permet un calcul relativement simple des
grandeurs spécifiques (efforts ou déplacements) cherchées.
• 1879 - Alberto Castigliano (1847 - 1884): éorie de l’équilibre des systèmes élastiques et ses
applications.
• 1883 – Adhémar-Jean-Claude Barré de Saint-Venant publie la éorie de l’élasticité des corps solides
de Clebsch, en la complétant avec des notes et ajouts efficaces.
Alberto Castigliano (1847 - 1884)
La dérivée partielle du travail (U) des forces extérieures par rapport à une
force (F) est égale au déplacement (δ) du point d'application selon la
ligne d'action de cette force.
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

37. 1.4 Le béton et l’armature métallique: le béton armé.
Vers la moitié du XIXe siècle, on soupçonna qu’il pouvait y avoir union entre deux
matériaux très différents l’un de l’autre: le béton et l’armature métallique, employé sur la
base d’une intuition quant à ses qualités, et d’une exploitation empirique de ses
caractéristiques, et non sur la base d’une connaissance approfondie de ses caractéristiques
mécaniques.
Joseph Monier (1823 - 1906), jardinier et inventeur, est considéré comme
l'inventeur du béton armé pour lequel il a déposé plusieurs brevets : notamment,
en 1867, un brevet sur des caisses en ciment armé de fer pour l'horticulture.
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38. L’invention du béton armé
• Aux barques en béton (1848) de Joseph-Louis Lambot (1814 – 1887), inventeur du
ciment armé, et aux caisses à fleurs (1849) de Joseph Monier (1823 - 1906) succèdent
les réalisations d’entrepreneurs qui développent des «systèmes» de béton armé. François
Coignet (1814 – 1888) met au point le béton aggloméré, François Hennebique (1842 -
1921) développe de nouveaux systèmes pour la construction de dalles.
• Armand Considère (1841 - 1914) invente le béton fretté (1901) et au XXe siècle
Eugène Freyssinet invente le béton précontraint qui ouvrira de nouveaux horizons au
matériau béton.
1855: à Paris pendant l’Exposition Universelle de 1855, Joseph-Louis Lambot expose un petit bateau réalisé avec une grille métallique
plongée dans une épaisseur de 4 centimètres de béton.
Lambot: brevet déposée le 15 Janvier 1855.
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39. • 1859: François Coignet pionnier du béton armé et de la préfabrication en
France, voulut augmenter la résistance du béton en y plongeant des barres de
fer. Son fils Edmond Coignet (1856 – 1915) fit de la construction en béton
armé une technologie avec des règles de calcul précises, qui seront en partie
reprises dans le premier règlement français de 1906.
En 1854 Coignet brevetait un ciment de clinker et ouvrait une usine à Saint-Denis en région parisienne. Il construit
avec l’architecte éodore Lachez (? - 1884) une maison faite de moellons artificiels en ciment (1853) près de son
usine. Cette maison sera visitée en novembre 1855 par une commission comprenant 14 architectes présidée par
Henri Labrouste (1801 – 1875). Dans le rapport il est écrit que « tous les travaux ont été exécutés en béton pisé, moulé et
massivé. Coignet a fait usage de mélanges de différentes matières de peu de valeur, avec la chaux soit grasse, soit
hydraulique ».
La fontaine (1873) de la Grand Army Plaza à New York, œuvre de l’architecte Calvert Vaux (1824 - 1895), utilisait le ciment Coignet
avec renforts en fer.
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40. C’est à François Hennebique que revient le mérite d’avoir réussi non seulement à
appliquer et à diffuser son système de construction avant que la recherche
théorique n’arrive à fonder sur de solides bases scientifiques la théorie du béton
armé
1909: réservoir sur pylônes, Roye, Somme.François Hennebique (1842 – 1921).
1894: Premier pont en béton armé à Viggen ou Wiggen (Suisse).
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41. • 1879: premier usage de béton armé par Hennebique.
• 1886: Hennebique suggère que les forces de tensions soient prise seulement
par les armatures dans le béton.
• 1892: Brevet sur le béton armé à Bruxelles.
• 1894: Premier pont en béton armé à Wiggen (Suisse).
• 1896: Hennebique publie le journal «Béton armé».
1895: système Hennebique.
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42. 1921-23: hangar pour dirigeables, Orly par Eugène Freyssinet.
Les hangars sont constitués d’une suite d’arcs paraboliques en béton armé: largeur 60 mètres, portée 90 mètres, longueur 300
mètres; détruits en 1944.
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43. 1.5 L’impact des “nouveaux matériaux” dans les systèmes de construction de
la fin du XIXe siècle, avec une attention particulière à la théorie naissante des
systèmes élastiques.
l’imagination et la «sensibilité» statique
vs.
la disponibilité de méthodes de calcul et de vérification rigoureuses
1896 : Pont de la liberté, Budapest.
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44. 1845: pont sur la rivière Conwy (Robert Stephenson, 1803 - 1859).
Pont tubulaire en fer forgé, à double voie en deux tubes séparés. Sur le site de Conwy il est également le pont suspendu de
l’ingénieur omas Telford, qui est l’un des premiers ponts suspendus routiers du monde. Sa suspension est constituée de chaînes de fer
forgé. Les tours soutenant la suspension du pont ont été conçus avec le style des tours crénelées du château voisin. Le pont suspendu est
situé juste à côté du pont ferroviaire de Robert Stephenson.
“Tubular bridge”.
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45. 1844-50: pont Britannia sur la rivière Menai (Robert Stephenson).
Le pont Britannia a été réalisé sur le schéma d’une poutre continue formée de deux portées centrales de 144 mètres et de deux
piliers de support latéraux de 74 mètres. C’était un pont tubulaire uniquement ferroviaire, composé de travées en poutres fermées
rectangulaires en fer forgé, les éléments du tube en fer forgé étaient assemblés à terre, puis mis sur des barges avant d’être hissés dans leur
position définitive.
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46. La technique des ponts de chemin de fer, arrivée presque au faîte d’un «âge
du fer» qui avait conquis ses lettres de noblesse depuis la révolution industrielle,
offrit des résultats d’une hardiesse impressionnante et d’une élégance
extraordinaire.
La construction de ponts en fer devient la vitrine des capacités de la science et
des techniques de construction. Le génie devient architecture, l’architecture du
fer.
1830 : Pont en fer dans le Parque de El Capricho (Madrid).
Ce petit pont a été construit dans l’ancien domaine de El Capricho, conçu comme une zone de loisirs par le propriétaire, María
Josefa Pimentel, duchesse d’Osuna (1752 - 1834). C’est l’un des derniers bâtiments construits dans le complexe de jardin, dont la
construction a commencé en 1787 et s’est terminée 52 ans plus tard en 1839.
Il a été conclu en 1830, lorsque l’architecture de fer, appliquée à l’ingénierie des routes, n’avait pas encore répandu en Espagne.
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47. 1877: pont Maria-Pia sur le Douro à Porto (Gustave Eiffel et son associé éophile Seyrig, 1843 - 1923).
Matériaux de construction: fonte et acier; longueur totale: 563 mètres; largeur de la poutre: 6.0 mètres; portée de l’arc: 160 mètres;
hauteur au-dessus de l’eau / fond de vallée: 61.20 mètres.
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48. Le Géant de Fer.
1880-84: viaduc de Garabit (Gustave Eiffel & Léon Boyer, 1851 – 1886, et Maurice Koechlin, 1856 - 1946).
Pont en arc en fer forgé: longueur 564,69 mètres, largeur 20 mètres, hauteur 122 mètres. Le viaduc de Garabit se compose d’un
tablier métallique reposant sur sept piles en fer puddlé de hauteur variable (jusqu’à 80 mètres pour les deux plus hautes). Les trois travées
situées au-dessus de la partie la plus basse de la vallée font l’arc d’une portée de 165 mètres et d’une hauteur de 52 mètres. La partie
métallique est encadrée par deux viaducs d’accès nord et sud, en maçonnerie, de 46 mètres et 71 mètres respectivement. Idée constructive
de Léon Boyer (1851 – 1886), inspiré de l’exemple du pont Maria Pia sur le Douro (Portugal), viaduc construit par Eiffel e Seyrig en
1877.
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49. 1882-90: pont sur le Firth of Forth (William Arrol, 1839 – 1913, Benjamin Baker, 1840 – 1907, et John Fowler, 1817 – 1898).
Pont à poutres cantilever, extrêmement robuste et spécialement conçu pour résister aux vents les plus violents: longueur 2.528,7
mètres, hauteur 100,6 mètres, hauteur libre 46 mètres.
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50. 1889 : Principe du cantilever.
Illustration apparu dans un article de e Illustrated London News d’octobre 1889. L’homme au centre de la photo est Kaichi Watanabe
(1858 – 1932), contremaître en chef du chantier.
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51. Les expositions universelles, créées pour présenter les réalisations industrielles
des différentes nations, représentaient la vitrine technologique et industrielle des
participants, témoignant du progrès au cours de la révolution industrielle.
Panorama de l’Exposition universelle de 1878.
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52. 1851: exposition de Londres: le Palais de Cristal (Cristal Palace) de Joseph Paxton (1803 – 1865).
Rapidité de l’exécution et récupération intégrale des éléments après le démontage, grâce à une préfabrication complète.
1854-66: le marché des «Halles» à Paris (Victor Baltard, 1805 – 1874).
Illustration in Monographie des Halles centrales de Paris, construites sous le règne de Napoléon III et sous l’administration de M. le
B[ar]on Haussmann, sénateur, préfet du département de la Seine by Victor Baltard and Félix Callet (1791 - 1854), Paris: A. Morel, 1863,
plate 1.
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53. 1889: exposition de Paris, «Tour Eiffel» (Gustave Eiffel).
La tour est appuyée au sol sur un carré de 125 mètres. Hauteur: plancher du 1er étage 57,63 mètres, plancher du 2e étage 115,73
mètres, plancher du 3e étage 276,13 mètres, totale avec antenne 324 mètres. Poids total 10.100 t, charpente métallique 7.300 t.
Matériau: fer puddlé des aciéries de Pompey (Lorraine). Nombre d’éléments: 18.038 pièces métalliques et 2.500.000 rivets.
Entrepreneur: Gustave Eiffel & Cie, idée constructive de Maurice Koechlin (1856 – 1946) et Émile Nouguier (1840 – 1898).
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54. 1889: exposition de Paris, Galerie des Machines (Ferdinand Dutert, 1845 – 1906, Charles Léon Stephen Sauvestre, 1847 –
1919, Victor Contamin, 1840 – 1893, et Édouard Charton, 1807 - 1890).
Les grands arcs en treillis à trois articulations: elle formait une immense nef de verre et métal, sa largeur était de 115 mètres, sa
hauteur de 48,324 mètres et sa longueur de 420 mètres avec un immense hall sans appui intérieur.
La Galerie des Machines considéré comme le plus beau des pavillons de l’Exposition universelle de Paris de 1889, elle est
l’œuvre de l’architecte Ferdinand Dutert. Sa nef principale a 110 mètres de largeur par 420 mètres de longueur, et elle est la plus
importante structure métallique d’Europe, jusqu’à sa démolition en 1909. Les pavillons de l’art et de l’industrie mettent également en
évidence l’émergence de la révolution industrielle en marche.
L’écrivain Joris-Karl Huysmans (1848 - 1907), ravi par
sa beauté, la compare à une cathédrale du XIXe siècle:
«Mais une galerie des machines belle, immense,
possible seulement avec le fer, l’ogive alors
éclatée, formidable - ça n’est pas mal - quant
aux machines, elles ne sont points posées ou ne
fonctionnent pas»
(Lettres inédites a Arij Prins 1885-1907, Genève, Libraire Droz, 1977.
Lettre 79: 14/5 ’89).
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55. Le fer est le matériau le plus utilisé dans la construction de génie civil et les
applications industrielles. L’utilisation du fer, et plus tard celle de l’acier, il devient
la pratique de la fabrication et dans quelques années, s’étendra à la construction
civile, en particulier aux États-Unis d’Amérique.
a) b) c) d) e) f) g) h)
a) 1889-90: New York World Building, b) 1893-94: Manhattan Life Insurance Building, c) 1896-99: Park Row Building d) 1893-1909:
Metropolitan Life Insurance Company Tower, e) 1910-13: Woolworth Building, f), 1929-30 40 Wall Street, ou Trump Building, g) 1928-30:
Chrysler Building, h) 1929-31: Empire State Building.
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56. Dans les premières années du XXe siècle, l’Empire State Building est devenu
le symbole du nouveau système structurel.
1929-31: Empire State Building.
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57. 2. La conception structurale et les “nouveaux matériaux”
Au XXe siècle se profile de plus en plus nettement l’alternative tourmentée entre
art et science de la construction.
le «structuralisme constructif» vs. le «structuralisme mathématique»
1908: Plaque expérimentale dépourvue de nervures - essai de charge sur modèle avec appuis ponctuels (Robert Maillart, 1872 – 1940).
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58. La recherche fut une recherche d’une dimension poétique dans le travail
obstinément rationnel de qui s’occupe de l’aspect statique de la construction.
1935: Frontón Recoletos, Madrid (Eduardo Torroja, 1899 – 1961).
Coque cylindrique en tonnelle construit en béton armé: longueur 55 mètres, largueur 23 + 9,5 mètres. Le bâtiment fût détruit
pendant la guerre civile.
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59. La volonté d’arriver à une intégration féconde entre technique et architecture,
entre hardiesse de construction et beauté, entre rationalité et intuition.
1940: Palais de l’eau et de la lumière, le projet pour l’Exposition Universelle de Rome (Pier Luigi Nervi, 1891 – 1979).
Une architecture audacieuse mais pleine de rigueur et de conception structurelle.
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60. • innovation technologique
• recherche de nouveaux types de construction
• expressivité des formes
1951: usine Gatti (Lainerie Gatti), Rome (Pier Luigi Nervi)
Charpente à plaque en nervures où les nervures suivent les courbes isostatiques.
Configurations géométriques - Voiles et dalles. La configuration de la dalle de couverture suit le sens des lignes isostatiques.
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61. La poétique du béton va au-delà d’ingénierie et
influence fortement l’architecture .
«Mon béton est plus beau que la pierre.
Je le travaille, je le cisèle […],
j’en fais une matière qui dépasse en beauté
les revêtements les plus précieux»
(Auguste Perret, 1944).
1913: éâtre des Champs-Élysées (Auguste Perret, 1874 - 1954).
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62. Les influences spatiales, libre et sensuelle, grâce à l’utilisation du béton armé.
1943: Eglise de Saint-François d’Assise, Belo Horizonte, également connu comme iglesia de Pampulha (Oscar Niemeyer, 1907 - 2012).
La conception architecturale de l’église est par Oscar Niemeyer, tandis que l’analyse structurale a été réalisée par l’ingénieur
brésilien Joaquim Cardozo (1897 - 1978). La structure de la couverture est faite de voûtes autoporteuse en béton armé. Le matériau est
utilisé avec une grande capacité formelle et structurelle, et est le thème central de l’œuvre architecturale.
«Une église est un hangar de Dieu sur la terre» Paul Claudel (1868 – 1955).
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63. La poésie ne manque certainement pas dans les créations de Niemeyer.
« Je n’ai aucun enthousiasme pour l’architecture rationaliste et ses limites
fonctionnelles, sa rigidité structurelle, ses dogmes et ses théories. L’architecture est faite
de songes et de fantaisie, de courbes généreuses et de grands espaces libres (…) le béton
armé permet à l’architecture qui a le sens de la poésie de s’exprimer. Il faut savoir
inventer en faisant appel à toutes les techniques qui sont à notre disposition. Pourquoi
se soumettre à des règles, des principes intangibles? »
1957 : Palácio da Alvorada, Brasilia.
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64. 1958 : Palácio do Planalto, Brasilia.
L’architecture de Niemeyer devient l’«architecte de la sensualité».
« Ce n’est pas l’angle qui m’attire. Ni la ligne droite, dure, inflexible. Ce qui m’attire
c’est la courbe sensuelle que l’on trouve dans le corps de la femme parfaite.
« Quand j’ai commencé ma carrière, le fonctionnalisme était le dogme: seul comptait
l’usage du bâtiment, tout ce qui relevait de l’ornement était banni. J’ai voulu inverser
la proposition, ne pas faire une architecture du dedans vers le dehors mais imaginer
d’abord son aspect extérieur et l’adapter au reste ».
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65. Niemeyer est devenu le promoteur de la fantaisie structurelle, la fantaisie de
l’architecte.
« La première chose que je fais quand j’aborde un travail, c’est commencer par réduire
les appuis. Quand on réduit les appuis, l’architecture devient plus audacieuse. Les
espaces deviennent plus généreux et l’architecture peut alors créer une architecture
nouvelle, qui provoque l’étonnement et peut devenir une œuvre d’art ».
1962 : Palácio da Justiça, Brasilia.
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66. 1958-70: Catedral Metropolitana Nossa Senhora Aparecida à Brasilia (Oscar Niemeyer).
Cette structure est une hyperboloïde d’un diamètre de 70 mètres, obtenue par l’assemblage de 16 colonnes en béton armée de
poids égal à 90 tonnes chacune, représente deux mains se rejoignant en direction du ciel.
La conception de la structure est transformée dans l’art et la poésie de
l’architecture. L’architecture est tactile et sensuelle, a la fois dur et poétique,
sublime et sensible, au cœur des règles et des techniques, véritable magie du réel.
«C’est seulement la beauté plastique qui domine comme un message permanent de
grâce et de poésie».
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67. 3. Science ou art de la construction? [P.L. Nervi, 1945]
La question s’adresse aux architectes, afin qu’ils cherchent à s’approcher davantage
de la technique entendue comme étude et interprétation des lois “divines” du
monde physique «[et] s’habituent de façon toute particulière à pressentir et
appréhender le jeu des forces et des contraintes qui se développe dans les différentes
parties de toute structure résistante, presque comme la fatigue musculaire sensible d’un
grand organisme vivant».
1930 : Stadio Comunale, Firenze.
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68. De nouvelles instances de l’architecture
• technologie des matériaux
• théorie des structures
• formes structurales
• les problèmes statiques dans une perspective principalement mathématique
• la rigide impersonnalité des formules
n’ont pas sanctionné la supériorité de la conception structurale sur l’intuition
1939-41: hangar pour avions d’Orbetello (Pier Luigi Nervi).
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69. La nécessité de réaliser des espaces susceptibles de prendre en compte de nouvelles
instances intellectuelles ou symboliques.
Les origines. 1863 : coupole en treillis de la Nouvelle Synagogue
de Berlin (Johann Wilhelm Schwedler, 1823 – 1894).
Les développements dans le XXe siècle. 1950 : Konrad Wachsmann
(1901 – 1980), Hangar, États-Unis. Wachsmann conçu la première
structure spatiale en trois dimensions construit en acier, et les
articulations complexes qui permettent sa mise en œuvre.
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
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70. Cette nouvelle piste de recherche connaît une étape fondamentale avec les
structures en treillis planes et à trois dimensions.
• Johann Wilhelm Schwedler (1823 – 1894)
• Vladimir Grigorievitch Choukhov (1853 - 1939)
• Walther Bauersfeld (1879 – 1959)
• Franz Dischinger (1887 – 1953)
• Richard Buckminster Fuller (1895 – 1983)
• Ulrich Finsterwalder (1897 - 1988)
• Konrad Wachsmann (1901 – 1980)
• Zygmunt Stanislaw Makowski (1922 – 2005)
• David Georges Emmerich (1925 – 1996)
1921 : antenne radio Chabolovka de l’émetteur du Komintern à
Moscou (Vladimir Grigorievitch Choukhov, 1853 – 1939).
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71. Engagement minimum de matériau pour le maximum de rendement structural
1923: ossature de la première coupole Dywidag montée sur la toiture d’un établissement Zeiss à Jena, Allemagne, par Walther
Bauersfeld.
On constata, dans ce cas, l’extraordinaire stabilité de forme du réticule métallique très léger, pour un poids de 9 kilogrammes
seulement par mètre carré de superficie de la coupole, qui constituait le squelette initial de la coupole de 16 mètres de diamètre, réticule
destiné ensuite à être englobé et ultérieurement raidi dans un bétonnage de 6 centimètres d’épaisseur seulement.
Ces systèmes réticulaires permettaient de décrire une surface plane en joignant des triangles ou des polygones plans.
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72. 4. Le béton armé: les ponts de Robert Maillart, les surfaces courbes à trois
dimensions et leur caractérisation structurale
«[le béton armé est] le plus beau système de construction que l’humanité ait su trouver
jusqu’à ce jour, puisque le fait de pouvoir créer des pierres fondues, de n’importe quelle
forme, capables de résister à la tension, a quelque chose de magique»
(Pier Luigi Nervi).
1910: Magasin à Zürich (Robert Maillart).
Première utilisation de piliers à forme de champignon dans un
bâtiment industriel (dalle-champignon ou plancher sans poutrelle).
La nouveauté est la disparition des poutres: tout le plancher est
traité comme une plaque qui devient une surface portante
uniforme en longueur et en largeur.
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73. 4.1 Les ponts de Robert Maillart: choisir la plus esthétique de tous les formes
rationnelles possibles.
1905: pont à Tavanasa sur le Rhin (Grisons, Suisse).
Longueur 51 mètres. Le système statique est celui de l’arc à trois articulations. Maillart réalisa ici pour la première fois une
structure monolithique en intégrant l’arc portant avec la charpente dans une structure unitaire.
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74. 1933: pont de Schwandbach dans le canton de Berne.
Il fut réalisé, sur un plan en courbe, en composant un système de plaques planes et courbes. Le système statique est celui de l’arc
avec appuis fixes surmonté d’une poutre continue sur plusieurs longueurs.
Les éléments structuraux très minces, les travées d’accès non-massives, l’espacement des parois
transversales, la main courante en métal très légère et les courbures du tablier contribuent à l’esthétique
extraordinaire du pont de Schwandbach (Daniel Imhof).
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75. 1936-37: pont sur la rivière Arve (pont de Vessy).
Le pont de Vessy est un pont en arcs à trois articulations. Il se compose de trois arcs parallèles avec section en U et de soutiens
verticaux de forme cruciforme (section en X) qui permettent de réaliser un joint en charnière; portée 56 mètres, hauteur 11,7 mètres.
« La théorie est dangereuse, les normes sont trop restrictives, les essais à échelle réelle
sont décisifs et la sécurité peut être garantie » (R. Maillart).
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76. Le jugement de Nervi est significatif:
«[les ponts de Maillart sont une] exaltation de la technique de construction, élevée à
pure expression architecturale» [Nervi, 1945].
Pont de Schwandbach: esquisse de Santiago Calatrava (1951 - ) .
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77. 4.2 Les surfaces courbes à trois dimensions et leur caractérisation structurale.
«Lignes et surfaces sont toujours liées à des lois mathématiques et physiques qui en
fixent les propriétés. Seulement avec une connaissance parfaite de ces lois et en
réfléchissant sur leurs conséquences, on peut réaliser des ouvrages parfaits (...) L’artiste
ne doit jamais oublier que l’esthétique (...) est intimement liée aux propriétés
géométriques, analytiques, mécaniques et résistantes des surfaces et des lignes qui
délimitent la masse de la construction. Chaque ligne mathématiquement définie
possède sa vérité intrinsèque, exprime une loi, représente une idée, porte en soi le mérite
d’une vertu. Nier ces choses signifie se renfermer dans le refuge aveugle et égoïste de la
paresse et de l’ignorance» [Torroja, 1957].
Fonction de courbure multiples: z = x2 sin (y)
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78. La recherche d’épaisseurs minimum, l’optimisation des formes en raison d’une
«économie» statique qui privilégie les capacités de résistance du matériau, la
prétention d’unir résistance et légèreté, force et agilité, jouent un rôle fondamental
dans le développement de l’idée architecturale et dans le choix esthétique.
1956: Magasins Celestino à Mexico (Felix Candela, 1910 - 1997).
Candela est l’un des pionniers des nouvelles formes structurelles construites en béton armé au XXe siècle. Sa contribution a été
de créer de nouvelles formes structurelles utilisant des surfaces de courbure multiples.
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Massimo Corradi

79. Candela a trouvé dans la géométrie de ces surfaces la façon d’optimiser non seulement la
beauté de l’édifice, mais en même temps, et inséparablement, son comportement structurel
et la simplicité de sa construction.
Felix Candela, test de charge sur un parapluie de pilier, la première moitié des années 50.
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Massimo Corradi

80. Ces architectures construites en béton armé et résistant à former, parmi eux le paraboloïde
hyperbolique (surface réglée), pourrait être mis en œuvre à l’aide de coffrage simple faite de planches
de bois qui suivent le cours de la génération de la surface elle-même.
1957-58: voûte mince en béton armé dans le parc de Xochimilco, café-restaurant «Los Manantiales», Mexique (Felix Candela et
Joaquin Alvarez Ordoñez).
Fine coque monolithe aux résonances florales.
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81. 1958-59: chapelle de Cuernevaca (Felix Candela).
Voile mince en béton armé
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Massimo Corradi
De cette façon, il était en mesure d’optimiser la forme, la taille, l’épaisseur des sections
résistantes, jusqu’à quelques centimètres, enveloppes de bâtiments de faible épaisseur
(surfaces minimales), avec des bords libres, de donner leur uniformité spatiale et pure
forme géométrique.

82. Ouvrages significatifs par l’expressivité du lien matériau-forme-structure.
1967-76: pont en coque, pont sur la rivière Basento, Potenza, Italie (Sergio Musmeci, 1926 – 1981).
Pont de quatre portées de 70 mètres d’ouverture chacune, réalisé avec une coque d’une bande de 30 centimètres seulement
d’épaisseur qui - sans solution de continuité structurale ou formelle - repose par points sur le terrain et par points soutient la charpente.
Le projet est assujetti à une conception précise structurelle: la forme de la structure n’est pas un a priori, une forme donnée dont
il suffit de vérifier les marges de sécurité, mais doit être «dérivée d’un processus d’optimisation de son état statique» [Musmeci, 1977].
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

83. 1925: toiture de l’école paroissiale de la «Sainte Famille» - paraboloïde hyperbolique (surface réglée).
Antoni Gaudì (1852 – 1926).
Suggestives représentations de formes tridimensionnelles.
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84. Antoni Gaudì.
L’idée de construire l’architecture: organique et hiérarchique.
1905-07: structure à arcs paraboliques de soutien de la toiture de la Maison Milà.
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85. Antoni Gaudì : matière et structures.
1898-1915: chapelle de la Colonie Güelle à S. Coloma de Cervellò.
Gaudì prépara pour ce projet un modèle de câbles qui reproduit le schéma portant du système voûté; aux câbles sont appliqués
des poids proportionnels aux charges qui doivent être soutenues par chaque nœud; les polygones d’équilibre ainsi déterminés, renversés,
décrivent la ligne selon laquelle disposer le matériau dans les sections principales de la toiture.
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86. 5. L’acier: les structures textiles et les systèmes en treillis à trois dimensions
L’exaltation des mathématiques comme instrument pour l’interprétation de leur
comportement mécanique, du calcul numérique comme unique moyen pour régir
le complexe système d’équations fondamentales qui décrit les conditions
d’équilibre.
1948-50: Raleigh (Dorton) Arena, Matthew Nowicki (1910 – 1950), William Henley Deitrick (1895 - 1974) et Fred N. Severud
(1899 – 1990).
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87. Légèreté et l’innovation des systèmes de couverture.
1976: salle des sports de Milan (Palasport di San Siro).
Construction de forme elliptique, avec les grands axes, respectivement 144 et 146 mètres de long. La couverture central suit la
forme d’une surface anti-clastiques (paraboloïde hyperbolique) et est formée par une structure tendue qui mesure 128 mètres de
diamètre, soutenus par trente-huit supports en acier, faisant saillie à partir du bord extérieur vers l’intérieur. (Gilberto Valle, 1935 -;
Tommaso Valle, 1934 -; Giorgio Romaro, 1931 -); bâtiment démoli.
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88. « Le dôme est une ouvrage majeur de l’art, ce parfait mélange entre sculpture et
architecture dans la manière de créer l’espace. Le dôme est la plus naturelle de toutes les
formes, une voûte humaine créée à l’image d’une voûte céleste »
(Michael-Ange, 1475 – 1564).
1967: Exposition de Montréal (Richard Buckminster Fuller, 1895 – 1983).
Le Pavillon des États-Unis sur l’Île Sainte-Hélène: la Biosphère.
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89. Afin de pallier les problèmes de déformabilité excessive ou d’instabilité
aérodynamique, on a recouru à des formes géométriques tridimensionnelles
pouvant être décrites avec deux ou plusieurs familles de câbles réagissant
réciproquement, de façon à produire un effet stabilisant vis-à-vis de la forme.
1972: toiture du stade olympique, du stade de natation et du Palais des Sports de Münich (Frei Otto, 1925 - ).
Frei Otto est surtout connu pour la conception de structures de surfaces minimales: structures légères inspirées par des formes
organiques et est considéré comme l’un des précurseurs de l’architecture bionique.
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90. Architecture et Mathématiques transparent.
Les surfaces à courbure gaussienne négative et les surfaces anti- clastiques.
« surfaces de minimum »
Surface minimale
réalisée par Frei Otto avec un film de savon.
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91. 6. Les matériaux composites: les membranes pré-tendues
L’étude des membranes pré-tendues trouve son origine dans les structures en
treillis à trois dimensions.
• les systèmes ouverts, où les supports externes ou internes de la membrane, en général ponctuels,
absorbent les efforts de traction et de compression. Ces efforts sont retenus directement par des
tirants ancrés dans le sol ou atténués par le biais d’arbalétriers;
• les systèmes fermés, où est prévu l’ancrage de la membrane à une ossature autoportante et
autonome par rapport au plan d’appui. Toutes les contraintes sont absorbées par cette structure
(linéaire ou curviligne) à laquelle la membrane s’ancre généralement en forme continue.
Exemple: paraboloïde hyperbolique
HOD, FOB : lignes directrices
hi, …, hn : droites génératrices (1er système)
ii, …, in : droites génératrices (1er système)
XOZ, YOZ : plan directeur
GOC, EOA : paraboles principales
OZ : axe du paraboloïde hyperbolique
ω : angle entre les plans directeurs
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92. Les pionniers des structures architecturales légères à membrane tendue.
Frei Otto et Walter Bird (1912 – 2006), David Geiger (1935 - 1989) et Horst Berger (1928 - ).
1983-86: Stade International du Roi Fahd, Geiger Berger Associates (Horst Berger), Ian Fraser, John Roberts and Partners.
Structure à membrane supporté par mât(s). Places assises, 60.000, surface couverte par membrane 51.000 m2, membrane en fibre
de verre couvert de PTFE (polytétrafluoroéthylène).
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93. L’utopie de Frei Otto: une nouvelle architecture.
1957: tente de toiture d’un bassin pour jeux aquatiques à Cologne (Frei Otto).
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94. Les structures pneumatiques.
Les structures pneumatiques, sinon le contraste entre la légèreté et le poids.
1962: coupole émettrice-réceptrice «Telstar», Maine (États-Unis).
À l’époque de la construction, c’était la plus grande structure gonflée du monde: diamètre de la coupole 64 mètres, hauteur 50
mètres environ.
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95. Dômes à membrane en tenségrité.
«Cette curieuse structure, assemblée de trois barres et de sept tirants, était manipulable
à l’aide d’un huitième tirant détendu, l’ensemble étant déformable. Cette
configuration labile est très proche de la protoforme autotendante à trois barres et neuf
tirants de notre invention» (David Georges Emmerich, 1925 - 1996).
1949: Prototype de structure en tenségrité.
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96. Membrane tendue.
1970: exposition de Osaka; Salle des télécommunications.
Matériau de la couverture: Aluminium, Vinyle, PVC.
Dimensions principales et la forme: la surface couverte est égale à 4.000 mètres carrés, la hauteur maximale est égale à 20 mètres, la
géométrie d’un seul élément est anti- clastique, la géométrie de la structure entière est hybride.
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97. 7. Conclusions
Au XXe siècle, le thème de la conception structurelle aura de nouvelles
significations. De nouveaux outils informatiques, tels que la méthode des
éléments finis, aider les concepteurs de structures, de nouveaux matériaux
riverains de la phase de construction, les nouvelles technologies sont employées
dans le chantier de construction, de nouvelles architectures matérialiser sur papier
ou à l’écran d’un ordinateur, de nouveaux horizons recherche formelle, matérielle
et structurelle devenue un sujet d’étude et d’expérimentation.
1988: la Pyramide du grand Louvre (Ieoh Ming Pei, 1917 - ).
Pyramide de verre et de métal: la structure a été
entièrement construite de métal; s’élève à 21,64 mètres sur une
base carrée de 35,42 mètres de côté. La pyramide est composée
de 603 losanges et 70 triangles en verre.
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98. • L’aube d’une nouvelle architecture?
• La réponse est complexe et nécessitera de nouvelles perspectives.
• L’idée constructive en architecture, reste donc la synthèse de la triade
vitruvienne: forme, matériau et structure.
1989: la «Nuage» de la Grande Arche, Paris (Johann Otto von Spreckelsen, 1929 – 1987; Ove Nyquist Arup, 1895 – 1988; Peter
Rice, 1935 – 1992).
Johann Otto von Spreckelsen et Erik Reitzel (1941 – 2012) conçoivent l’Arche de la Défense (Paris) comme une version du XXe
siècle de l’Arc de triomphe de l’Étoile: l’Arche a à peu près la forme d’un cube évidé, étant en son centre 112 mètres de long, 106,9
mètres de large, pour une hauteur de 110,9 mètres.
La ’Nuage’ de la Grande Arche de la Défense est une toile tendue ou une structure à membrane suspendue par des câbles fixés
aux parois latérales. La membrane est une fibre de verre avec une surface de 2.300 mètres carrés.
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Massimo Corradi

99. Cependant, en guise de conclusion j’aimerais citer
l’introduction de Eduardo Torroja à son livre Razón y ser de los
tipos estructurale (1957), qui résume bien, à mes yeux, la
relation intime reliant les matériaux et les structures:
«Chaque matériau a son caractère spécifique et chaque
forme implique sa propre assiette statique particulière.
«La solution naturelle d’un problème de construction - le
fruit de l’art sans artifice -, qui répond de manière
achevée aux conditions imposées, frappe comme une
révélation et satisfait, en même temps, les conditions du
technicien et les exigences de l’artiste.
«La naissance d’un complexe structural, résultat d’un
processus créatif, fusion d’art et de technique,
d’ingéniosité et de recherche, d’imagination et de
sensibilité, va au-delà du règne de la logique pure pour
franchir les frontières mystérieuses de l’inspiration.
«Les schémas de calcul sont précédés et dominés par l’idée
qui modèle le matériau dans une forme résistante, et
l’adapte à sa fonction».
Le rapport entre Matière et Structures dans l’Architecture des XIXe et XXe siècles
Massimo Corradi

100. Merci pour votre attention.
Lyon, 30 Janvier 2014 après J.-C.
1919: Vladimir Tatline (1885 – 1953),
Monument à la Troisième Internationale.
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