Cette forme d’assistance repose sur l’utilisation du modèle réduit ou maquette qui se traduit par la construction tridimensionnelle fidèle à la réalité matérielle d’une œuvre projetée à travers laquelle le concepteur évalue la validité et la solidité de sa proposition. La maquette est le premier type de modèle physique utilisé pour assister le concepteur dans sa démarche de conception. Elle met en place une première confrontation du projet avec la réalité physique à une échelle réduite et avec des degrés différents de simplification. Cette confrontation permet d’évaluer la capacité du projet à répondre à différents types de contraintes. Ces contraintes peuvent être en rapport avec les préférences ou les goûts esthétiques et volumétriques imposées par le maitre d’ouvrage. Elles concernent l’intégration et l’insertion du projet dans son environnement naturel et urbain. Les maquettes constituent aussi pour les architectes un moyen de communication sur leur démarche et leurs choix de conception (Cf. Fig 73).
L’évolution de la conception architecturale a donné lieu à des projets et des formes complexes produisant une nouvelle génération de contraintes techniques plus complexes. Des exigences qui concernent la stabilité structurelle, la résistance à des facteurs environnementaux (écoulement d’eau, chute de neige, mouvement d’air), le comportement aéraulique et lumineux des projets conçus. Ces nouvelles contraintes ont attribué une nouvelle fonction à la maquette qui devient alors un support à l’étude expérimentale en laboratoire. Dans ce contexte, la maquette du projet du Centre Pompidou de Metz a fait l’objet d’un test climatique réalisé dans la soufflerie Jules Verne du CSTB8 de Nantes. Cette étude a porté sur l’évaluation du comportement de la couverture et de la structure de la façade du centre face aux sollicitations du vent et aux charges de neige. Le résultat de cette étude expérimentale a permis de définir le coefficient de chargement de la toiture du projet en cas de chute de neige selon une direction et une vitesse de vent précise.
Fig 73. Exemples de maquettes : maquette Hôtel Dieu de Beaune, France, maquette en paille du XVIIIème / Le Corbusier et la maquette de la Villa Savoye, France, 1928 / maquettes d’études du Centre Pompidou de Metz, France, 2006
La maquette d’étude est utilisée pour l’évaluation du comportement lumineux d’une configuration architecturale. Ce type d’évaluation est réalisé par un dispositif appelé Héliodon qui consiste à éclairer une maquette physique par une source de lumière naturelle (soleil) ou artificielle (spot). Il « permet à l’expérimentateur d’étudier les problèmes d’ombres portées, de pénétration du rayonnement direct dans le bâtiment, de protection solaire » (Michel, 1999). Ce dispositif est dédié à l’étude de l’aspect qualitatif de la lumière et son rapport à l’environnement bâti par l’utilisation de maquettes volumétriques représentant le projet à réaliser.
Un autre type de dispositif d’évaluation existe sous la forme d’une boite à miroirs éclairée par des tubes fluorescents de type lumière du jour simulant ainsi des conditions de ciel couvert. Ce dispositif d’évaluation peut être également constitué d’un dôme de luminaires représentant la voute céleste et reproduisant le comportement de plusieurs types de ciels (clair, couvert et mixte). La configuration de ce type de dispositif sert à contrôler la composante diffuse de la lumière naturelle. Des caméras sont positionnées à l’intérieur des maquettes afin de réaliser des images ou des captures vidéo aidant le concepteur à visualiser l’effet de lumière générée. Ces dispositifs peuvent être associés à des instruments de mesure permettant de quantifier les apports solaires dans des zones déterminées sous différentes conditions d’éclairage proche de la réalité. À partir de ces résultats qualitatif et quantitatif, le concepteur peut mesurer l’influence de ses choix sur le comportement lumineux de l’espace à concevoir.
Fig 74. Le Model 126 Heliodon - Texas A&M's College of Architecture / Le ciel artificiel - Université Laval / Le SkyDome - The Welch School of Architecture
Les héliodons et les ciels artificiels offrent aux concepteurs une aide et une assistance à la maitrise de la lumière qui peut accompagner le projet dès ses premières phases. En effet, ce type de dispositif permet l’évaluation du comportement lumineux à partir de simples maquettes volumétriques de très faible niveau de détail jusqu’à des modèles réduits précis et proches de la réalité matérielle du projet à concevoir.
Les maquettes physiques sont faciles à manipuler et constitue un objet maîtrisé et apprécié par les architectes. En revanche, elles demandent un temps de préparation assez conséquent avec un usage souvent unique et des possibilités de modification très limitées. Le prototypage rapide exploitant les
l’utilisation de la maquette physique. En effet, les imprimantes 3D ainsi que les machines à découpe laser apportent un gain en terme de temps d’exécution et de précision pour la réalisation des maquettes et particulièrement celles de formes complexes et celles destinées à des études physiques avancées. Les maquettes physiques à usage d’évaluation doivent vérifier un niveau de correspondance à la réalité de l’objet modélisé et aux contraintes d’utilisation du dispositif d’évaluation. Ainsi, une maquette à utiliser dans ciel artificiel doit être construite à une échelle précise prenant en compte les dimensions du dispositif d’évaluation (la boite de ciel artificiel), des capteurs mesures à intégrer dans la maquette et des appareils de prise de vues. Elle doit être construite avec des matériaux qui vérifient les propriétés de l’objet réel. Ainsi, l’acrylique d’une épaisseur de 3 mm d’épaisseur et d’un facteur de transmission de 92% peut être utilisé pour la modélisation des dispositifs d’éclairage constitués de verre simple et clair (Cf. Fig 75).
Fig 75. Intérieur d’une maquette utilisée pour un ciel artificiel (facteur de réflexion du mur de fond 80% et le reste des parois 50% - taux de transmission du vitrage 92%)
L’apport des dispositifs d’évaluation utilisant les maquettes physiques reste limité à cause de différents facteurs. Le premier est un facteur économique à cause de la charge financière que constituent l’achat et l’utilisation de ce type matériel (héliodons, soufflerie, imprimante 3D). Ce facteur limite l’utilisation de ce type de support d’assistance à des organismes et à des projets de grande échelle. Le deuxième facteur est d’ordre technique dû à la complexité de configuration et de mise en œuvre de ce type de dispositif limitant ainsi l’utilisation de cette technologie à un public d’initiés. Leurs usages sont limités par le facteur d’échelle des maquettes et le nombre limité de types d’évaluations possibles.