Le studio d'architecture Ibuku, basé à Bali, a achevé la construction d'une enveloppe légère et ondulante qui recouvre un terrain de sport polyvalent sur le campus d'une école à Abiansemal, en Indonésie. Le toit complexe est entièrement fabriqué en bambou, et sa force structurelle provient d'une géométrie à double courbure. L'Arc est un projet qui innove tout en s'appuyant sur les techniques traditionnelles locales de construction en bambou.
En 2021, Ibuku a achevé l'Arc pour la Green School, une institution qui encourage l'apprentissage dans un environnement naturel. Le projet en bambou est le plus récent ajout à un campus qui abrite déjà plusieurs bâtiments expérimentaux conçus en accord avec les ambitions de l'école d'enseigner la durabilité à travers des collaborations avec la communauté locale.
Le studio de design Ibuku, basé à Bali, en Indonésie, a été fondé par la même famille que celle qui dirige l'école verte. Ibuku - un mot qui signifie "notre mère" en indonésien - a bâti sa réputation en expérimentant les formes naturelles du bambou et en travaillant avec des artisans locaux qui ont passé leur vie à construire avec ce matériau.
L'Arc a été conçu en partenariat avec le spécialiste allemand du bambou Jörg Stamm et le cabinet d'ingénierie structurelle Atelier One, basé au Royaume-Uni. Le programme du projet est simple : il s'agit d'un espace de bien-être ouvert et d'un gymnase. Il trouve cependant sa complexité dans son extraordinaire revêtement - une enveloppe curviligne qui, de l'extérieur, apparaît comme une feuille lisse dansant parmi les arbres et qui, de l'intérieur, se targue d'une ingénieuse structure granulaire.
Construire avec le bambou
Le bambou offre une malléabilité, une durabilité et une beauté difficilement comparables à d'autres matériaux de construction. "Nous utilisons le bambou simplement parce qu'il est présent en Indonésie", explique Defit Wijaya, responsable de l'architecture chez Ibuku. "Il fait partie de notre patrimoine culturel et nous l'utilisons depuis longtemps.
Il ne fait aucun doute que le savoir-faire en matière de construction en bambou est sociétal. Le bambou est originaire des climats tropicaux et abondant en Asie du Sud et de l'Est, dans le Pacifique Sud, en Amérique centrale et en Amérique du Sud. Les habitants de ces régions travaillent avec le bambou depuis des centaines d'années et les constructeurs d'aujourd'hui connaissent bien les possibilités et les limites de ce matériau.
En fait, il y a très peu de préparation à faire avant qu'un projet comme l'Arc ne commence dans un endroit comme Bali. "Nous avons beaucoup d'artisans qui peuvent déjà travailler avec ce matériau", explique Wijaya. "Ils sont formés à son utilisation. Ils comprennent que si vous faites ceci, il se cassera et que si vous faites cela, il ne se cassera pas. Selon Wijaya, le projet est plutôt destiné à enseigner le bambou aux visiteurs et aux utilisateurs. "Nous essayons de former l'esprit des gens à ce matériau", explique-t-il.
Le bambou est durable, solide et économique. Bien qu'il ne soit pas cultivé partout, c'est un produit relativement bon marché qui est disponible dans le monde entier en raison de son abondance et de sa croissance rapide sous certains climats. Les bambous tropicaux sont généralement plus grands que les espèces tempérées et ont donc des parois plus épaisses, ce qui leur confère souvent de meilleures propriétés structurelles et mécaniques pour la construction de bâtiments. Le bambou utilisé pour la construction de l'Arc provient principalement de Bali, avec une petite partie de Java.
Grâce à son cycle de croissance court et à sa capacité de séquestration du carbone, le bambou fait également partie des matériaux de construction les plus durables sur le marché. Le bambou peut être récolté après environ quatre ans, contre une moyenne de 30 à 40 ans pour les arbres produisant des produits en bois de masse.
Si le bambou est facilement utilisé dans les zones rurales, il n'est pas autorisé par le code à être utilisé comme élément structurel dans la plupart des villes. Cela est dû en partie à sa variabilité en tant que matériau naturel, à sa propension à pourrir lorsqu'il est exposé à l'eau et au fait qu'il est la cible d'infestations d'insectes attirés par les amidons du bambou.
Même si l'on ne voit pas encore de constructions en bambou dans les grandes villes, cela ne veut pas dire que le bambou ne pourra pas devenir un matériau structurel typique à l'avenir. L'Organisation internationale de normalisation (ISO) a publié en 2004 trois normes sur la construction en bambou. Ces normes font référence à des normes existantes sur le bois d'œuvre, avec des méthodes d'essai pour les propriétés physiques et mécaniques adaptées au bambou. Plusieurs pays, dont la Chine, la Colombie, l'Inde et les États-Unis, ont également adopté leurs propres normes pour le bambou, à des degrés divers. En 2021, l'American Society for Testing and Materials (ASTM) a ajouté le bambou comme matériau fibreux pouvant être utilisé dans la fabrication de produits composites structuraux, par exemple.
Matériaux traditionnels, géométries avancées
Comme plusieurs des projets d'Ibuku, le design de l'Arc s'inspire des formes trouvées dans la nature tout en s'inspirant des propriétés spécifiques du bambou.
L'Arc est dérivé de la géométrie d'une grille "anticlastique". Les coquilles minces possèdent une force et une rigidité dues à leur nature incurvée, comme la surface d'un œuf ou d'une carapace de tortue. Les surfaces de traction, qui ne supportent que la tension et non la compression, dépendent d'une double courbure pour leur stabilité. Les surfaces anticlastiques sont courbées dans deux directions opposées et prennent des formes telles que des selles. L'Arc utilise de telles surfaces tendues entrecoupées d'une structure de compression.
Selon les architectes, le projet a nécessité des mois de recherche pour déterminer comment construire la forme du toit. Ibuku a utilisé des surfaces en sandwich faites de bardeaux de bambou pour former les coques en grille, qui sont ensuite soutenues par une série d'arcs en bambou de 14 mètres de haut et d'une portée de 19 mètres. En plan, le bâtiment mesure 23,5 mètres de large sur 41 mètres de long. La construction de la structure a duré huit mois.
Matériaux et intérieur
À l'intérieur de la coque, un espace ininterrompu de 760 mètres carrés permet une série d'activités à l'abri de la chaleur du soleil équatorial de Bali. Comme la structure et la coque en bambou sont apparentes, les finitions de l'espace intérieur sont chaudes, uniformes et vastes. En levant les yeux, on découvre un plafond texturé et complexe. Les arcs ressemblent aux voûtes nervurées d'une cathédrale gothique, s'étendant du sommet de l'arc jusqu'au sol le long de lignes fines qui expriment la légèreté physique de la structure.
Le toit est soulevé du sol pour permettre la perméabilité entre les espaces intérieurs et extérieurs. Lorsque la lumière du soleil pénètre par la base et se reflète sur le sol, elle s'enroule autour des surfaces incurvées de l'intérieur de la coque et crée des motifs intéressants et spectaculaires. La conception de l'auvent surélevé permet également aux brises de circuler et d'assurer une ventilation naturelle. Les évents situés au sommet du toit permettent à l'air chaud de s'échapper.
Protéger le bambou
Les colonnes ligneuses du bambou, appelées chaumes, sont généralement creuses entre leurs anneaux ou nœuds plus solides, qui leur donnent leur force. Les chaumes poussent en grappes ramifiées à partir d'une tige épaisse. Bien que légers, résistants et durables, les chaumes de bambou doivent être protégés d'une exposition prolongée à l'eau, à la lumière du soleil et, surtout, à l'infestation d'insectes qui se nourrissent des sucres du bambou.
Malheureusement, les climats tropicaux et subtropicaux où le bambou est originaire et où les bâtiments sont le plus souvent construits avec ce matériau, sont également des régions sujettes à de longues saisons humides, à une chaleur extrême et à une grande quantité d'insectes. Il faut donc faire preuve de beaucoup d'attention pour protéger de manière adéquate le bambou utilisé dans les bâtiments.
"Ce n'est qu'au cours des 10 ou 15 dernières années que nous avons découvert, ici à Bali, comment traiter le bambou pour le rendre durable", explique Wijaya. Comme dans d'autres endroits, les chaumes de bambou à Bali sont généralement protégés contre les insectes avec une solution chimique de bore pour bambou qui est un mélange peu toxique de borax et d'acide borique.
Selon Wijaya, il existe deux options pour ce traitement, et la méthode peut être choisie en fonction des contraintes de temps et des ressources du projet : la première option consiste à plonger le bambou pendant deux semaines dans la solution de bore ; la seconde consiste à faire bouillir le bambou dans une chambre contenant la solution pendant 24 heures. Avant que les chaumes ne soient exposés à la solution, ils sont perforés d'un bout à l'autre, afin de créer des trous au niveau des anneaux solides qui permettent au produit chimique de pénétrer complètement dans la tige.
Pour protéger le bambou contre les UV, une couche de finition en vinyle transparent à base d'eau est appliquée sur le bambou. Pour l'Arc, cette application sera nécessaire tous les deux ans pendant toute la durée de vie du bâtiment.
Enfin, pour protéger les éléments structurels de l'Arc des intempéries, des auvents profonds et de grands porte-à-faux ont été intégrés dans la conception afin de maintenir les arcs à l'ombre en permanence.
Des conditions imprévisibles
Ibuku travaille en collaboration avec des ingénieurs qui fournissent les calculs et les détails structurels, lesquels sont ensuite soumis à un entrepreneur en bambou pour évaluation. En tant que consultant en conception, Ibuku fournit un ensemble complet de documents de construction qui précisent la longueur de chaque tronc. Mais les modèles sont souvent le moyen le plus efficace de communiquer l'intention de la conception sur le site. "Les modèles physiques sont très importants car les artisans les utilisent au lieu de travailler à partir des dessins", explique Wijaya.
Un autre problème est lié à la variabilité du bambou. "Les ouvriers essaient tant bien que mal de copier les modèles, mais il s'agit d'un matériau naturel dont on ne peut pas prédire le diamètre", explique Wijaya. "Il y a toujours des ajustements à faire sur place. Les implications majeures nécessitent l'intervention d'Ibuku, tandis que les implications mineures sont généralement résolues par les artisans.
Pour mieux guider les artisans, assurer la qualité de la construction, tester la solidité de la structure et communiquer sa conception, une série de maquettes a été produite avant l'érection de la structure.
Détails en bambou
La base de l'Arc est constituée d'une série de semelles en béton sculptées, qui relient les nervures de bambou à la terre tout en les maintenant en sécurité au-dessus du sol humide. Wijaya affirme que ce détail de fondation est très simple. "Dans toutes les structures en bambou que j'ai connues, il y a une sorte de base articulée", explique-t-il. "Un socle est posé sur une fondation en fonction des conditions du sol du site, puis des barres d'armature sont insérées dans chaque morceau de bambou qui touche le socle.
Une fois les arcs en bambou mis en place, un petit trou est pratiqué dans chaque tige de bambou au-dessus de l'extrémité de la barre d'armature. Cela permet de couler du béton jusqu'à une profondeur totale de 60 ou 70 centimètres, ce qui est suffisant pour ancrer en toute sécurité le bambou à la barre d'armature. Lors d'une de ses visites de chantier, Ibuku a vérifié la position de chacune des connexions des barres d'armature de l'Arc avant l'érection et le coulage des arches.
Les arcs en bambou de l'Arc semblent jaillir organiquement de leurs piédestaux comme le feraient des tiges dans la forêt. Les nervures sont regroupées et attachées ensemble avec du fil d'acier à leurs croisements pour les soutenir. Chaque nervure est reliée à la grille par une série de vis simples. Le toit de l'Arc est également simple par nature, une couche d'imperméabilisation prise en sandwich entre deux couches de bardeaux de bambou qui donnent à la structure une finition naturelle des deux côtés.
L'ensemble du système de nervures et de coques a été maintenu en place à l'aide d'échafaudages qui n'ont été libérés que lorsque le béton a séché et que les connexions structurelles ont été achevées.
