Le treillis chinois à rayons de glace, un motif complexe inspiré de la glace craquelée, symbolise le début du printemps et est largement utilisé dans l'architecture traditionnelle chinoise, en particulier dans la conception des fenêtres. Fenêtre grillagée à rayons de glace dans le jardin persistant, Suzhou. Crédit : Yi Qian
De nouvelles recherches étudient les caractéristiques géométriques des conceptions de fenêtres traditionnelles chinoises et leur application dans des projets architecturaux modernes.
Le treillis chinois à rayons de glace, ou « binglie » comme on l'appelle en chinois, est un motif complexe qui ressemble à de la glace craquelée et est un élément décoratif couramment utilisé dans les conceptions de fenêtres traditionnelles chinoises.
Inspiré à l'origine par des motifs fragmentés sur de la glace ou des surfaces en céramique émaillées craquelées, le design représente la fonte de la glace et le début d'un printemps prospère.
Lorsque le Dr Iasef Md Rian, aujourd'hui professeur agrégé au département d'architecture de l'université Xi'an Jiaotong-Liverpool, est arrivé en Chine pour la première fois en 2019, il a été immédiatement captivé par les fenêtres en treillis des jardins classiques de Suzhou.
« Les jardins classiques en Chine me paraissent très différents des jardins occidentaux, qui sont plus symétriques et organisés », dit-il. « Les jardins chinois, cependant, ont une formation plus naturelle dans leur disposition et leur conception. La conception de la fenêtre à rayons de glace en est l’une des manifestations.
Après s'être concentré sur la géométrie fractale dans la conception architecturale pendant de nombreuses années, le Dr Rian a ressenti le besoin d'explorer la beauté des motifs.
« Mon esprit est toujours à la recherche de ce genre de source d'inspiration, c'est pourquoi j'ai tout de suite été motivé à étudier les principes géométriques sous-jacents aux motifs des rayons de glace », dit-il.
Des étudiants fabriquent un toit en treillis à rayons de glace. Crédit : Dr Rian (XJTLU)
Révéler la règle sous-jacente
Le Dr Rian constate que la règle de création de motifs de rayons de glace est en réalité très simple.
Il explique : « Prenons le type 1 comme exemple ; un carré est d’abord divisé en deux quadrilatères, puis chaque quadrilatère est ensuite divisé en deux quadrilatères. À chaque étape, les proportions des quadrilatères subdivisés sont différentes, et c'est ainsi que le motif aléatoire est créé à l'aide d'une règle simple.
« Grâce à cette configuration, les artisans chinois auraient pu vouloir augmenter sa fermeté afin qu'il puisse fonctionner comme une clôture de fenêtre pour assurer sa protection. La configuration aléatoire des réseaux de rayons de glace fournit des connexions multi-angles, qui transforment la fenêtre en un ensemble de forces résultantes et une répartition uniforme des contraintes, permettant ainsi d'obtenir un degré de rigidité unique.
« La microstructure du tissu osseux trabéculaire de notre propre corps constitue un excellent exemple naturel du potentiel des réseaux aléatoires. Il équilibre une rigidité élevée, qui contribue à la résistance, avec une structure étonnamment légère.
Le Dr Rian a récemment publié un article dans Frontières de la recherche architecturale qui explore les qualités géométriques des motifs de rayons de glace et élargit les possibilités d'intégration de motifs aléatoires dans les conceptions structurelles, en particulier la conception en coque en treillis, souvent utilisée dans les dômes sphériques et les structures courbes.
Différentes typologies de réseaux de rayons glaciaires. P représente le pentagone, Q représente les quadrilatères et T représente les triangles. Crédit : Dr Rian (XJTLU)
« Dans mes recherches, j'ai développé un algorithme pour modéliser les modèles de rayons de glace pour les conceptions de coques en treillis et j'ai évalué leur faisabilité et leur efficacité par rapport aux coques grillagées conventionnelles. Ces coques grillagées, constituées de grilles régulières, contrastent avec les coques continues.
« Alors que les grilles classiques fonctionnent bien sous des charges uniformes, le treillis à rayons de glace offre une résistance sous des charges asymétriques. Certains modèles de rayons de glace, résultant de l'optimisation, offrent étonnamment une meilleure résistance que les coques grillagées ordinaires sous leur propre poids. Il existe également un avantage esthétique supplémentaire lors de l’application du motif de rayons de glace à une conception de coque en treillis.
«J'étends l'application de ce motif aux surfaces courbes, ce qui permet de libérer son potentiel dans les aspects géométriques, structurels et constructifs de la conception des coques en treillis», explique-t-il.
Le Dr Rian a également intégré des motifs de rayons de glace et des géométries complexes dans son enseignement. En 2022, il a organisé un atelier pour les étudiants sur la conception de toits en treillis glacé.
Il explique que l'apprentissage du concept de géométrie fractale peut vraiment pousser les idées des étudiants vers une conception unique.
« C'est très différent de ce qu'ils ont appris au lycée. En apprenant à créer ce système géométrique, ils apprendront également la modélisation et les simulations informatiques. En fin de compte, ils acquerront une connaissance approfondie de la conception architecturale et numérique avancée », dit-il.
Redécouvrir les designs traditionnels
Pour étendre la recherche dans ce domaine, le Dr Rian étudie l'efficacité de la géométrie complexe dans divers aspects tels que la conception de matériaux à micro-échelle et la conception structurelle.
Il déclare : « Par exemple, dans la conception de façades, nous utilisons généralement une géométrie conventionnelle ou paramétrique pour concevoir des formes régulières. Cependant, les formes aléatoires conçues avec une géométrie complexe peuvent offrir une impression plus naturelle et une pénétration plus naturelle de la lumière du jour.
Il encourage les étudiants en design et les chercheurs à tirer les leçons du passé.
« Toute conception traditionnelle comporte une règle cachée. Nous pouvons désormais utiliser les technologies numériques et les outils avancés pour étendre et élargir les connaissances de l’artisanat traditionnel au service du design contemporain.
« Les conceptions traditionnelles s'inspirent de nombreuses sources, et ces principes peuvent vraiment nous inciter, nous les designers, à créer des conceptions innovantes pour l'avenir », dit-il.
L'étude a été financée par l'Université Xi'an Jiaotong-Liverpool.
