Construire la structure d'un dôme

 Avertissement

On prète au dôme géodésique bien des qualités
- il offre un grand volume pour une faible surface d'enveloppe
- il permet de réaliser de grand espaces autoportants sans piliers internes
- il présente une grande rigidité: répartissant les forces en tension et compression le long de sa surface, il fait économie des matériaux
- il résistera à la neige, aux tremblements de terre, aux tempètes de vent: s'il est mal fixé au sol et que le vent parvienne à s'engouffrer, il y a plus à craidre qu'il ne s'envole et non qu'il ne s'effondre
- il est facile à chauffer et, ne possédant pas de coins anguleux, il favorise la répartition de la chaleur.
Tout celà est vrai bien qu'un peu théorique.

Des constructeurs expérimentés vous diront que mener à terme une construction de dôme n'est ni facile, ni rapide, sans parler des problèmes administratifs que celà peut poser
- il est basé sur une géométrie non familière (l'espace courbe et le triangle), qui vous poursuivra de la conception jusqu'à l'aménagement intérieur: donc si vous êtrs adepte la construction libre qui se déroule à l'inspiration, si vous aimez travailler avec des matériaux bruts et des outils primaires, le dôme n'est certainement pas votre solution
- il pose des problèmes spécifiques dus à sa forme, l'absence de plans verticaux et la multiplicité des facettes, comme par exemple l'étanchéité à prendre très au sérieux: les éléments supérieurs sont de faible pente et les parties inférieures plus pentues reçoivent toute l'eau qui arrive du dessus, tout ce qui sort de l'enveloppe ou s'y rajoute, le tuyau de poêle, les vitrages, peut être source d'infiltrations, .....

 Alors si vous êtes toujours partant, on peut parler de la structure.

Bien que ce ne soit la partie la plus difficile ni la plus longue à réaliser ni la plus coûteuse, c'est elle qui fait le dôme géodésique, celle sur laquelle on va s'appuyer, où par la suite on plantera des clous et qui soutiendra tout le reste.

Il y a en gros deux façons de procéder:

- La construction par panneaux triangulaires préfabriqués et ensuite assemblés sur place pourra donner une constructioon plus avancée. Tout ce que l'on fera en atelier ne sera pas à faire en grimpant sur la structure ou en haut d'une échelle. Elle demande cependant une certaine expérience dans la conception et la construction de dômes.

La construction par montants et noeuds est plus facile, fait l'économie de bois et permet une approche plus pédagogique du dôme géodésique. Elle donnera un squelette sphérique qu'il faudra ensuite habiller. Mais on peut prendre le temps de rêver, de décider où placer les vitrages, de réfléchir aux matériaux et techniques,...C'est cette méthode qui sera développée en recherchant simplicité et efficacité.

Bien: vous avez choisi votre type de dôme et son diamètre de sphère, noté les différents montants, les angles de leurs extrémités, calculé leurs longueurs.
C'est là une étape préalable.
Vous avez sûrement fait de nombreux dessins, construit peut être une maquette pour mieux vous imprégner du volume, soit.

N'a-t-on pas oublié la porte?

Pénétrer dans le dôme à travers un triangle n'est pas très confortable, il faut qu'il soit assez grand pour avoir un triangle de grande taille.

Sauf si le dôme repose sur un muret, auquel cas on peut obtenir un passage assez haut. Mais de toute manière, aucun triangle n'est vertical et il faudra rajouter quelque chose en retrait ou en avancée pour que la porte soit verticale.

Sinon if faut supprimer des montants ou des triangles. Attention!! Le dôme complet est très rigide mais si on touche à son intégrité, toutes les forces vont se reporter à cet endroit faible pour causer déformations et dommages. Il faudra donc construire une structure spéciale rigide et indéformable qui viendra se substituer aux éléments que l'on enlève et dans laquelle on inclura la porte et son bati.

Voilà quelques exemples d'entrées de dômes réalisés aux USA et tirés du Web .

 

Comme exemple dans cette couleur: la construction de la structure virtuelle d'un icosaèdre fréquence 3 coupé au 5/8e de sphère de 8 m de diamètre de sphère

On trouve la configuration géométrique ci-contre juste sous un hexagone: c'est là que l'on peut prévoir un élément "entrée" indépendant choisi parmi diverses formes.

Les cotes données sont à multiplier par le rayon de la sphère. Dans notre exemple, la hauteur du passage est de 2,74 m et la largeur minimale de 1,60 m. On construira cet élément avec un léger biseau, plus petit que les dimensions théoriques à l'avant et plus grand à l'arrière (ou l'inverse), ce qui donnera une pente au rectangle supérieur et permettra d'ajuster au mieux l'entrée à la structure du dôme (les montants ont une épaisseur et une inclinaison).

On conservera les montants du dôme qui entourent cette entrée et l'on supprimera ceux du bas et de l'intérieur de notre décompte (bien les repérer).

Par exemple avec le choix de la 3e forme (hexagonale), on supprime 6 montants C et 1 B et le dôme se composera de
30 A, 54 B, 54 C, 10 C1, 10 C2

 

Dômes à structure métal

On peut réaliser une structure en tube de 2 à 4 cm de diamètre selon la taille du dôme. Comme on ne peut y planter des clous, elle est plutôt adaptée pour soutenir ou suspendre une toile. C'est donc envisageable pour une structure mobile comme tente ou abri.

Les liaisons entre montants sont simples: on aplatit les extrémités, on les perce et on les courbe légèrement (90° - axial), on relie plusieurs montants en passant un boulon à travers les trous. La distance entre les 2 trous d'un montant doit être égal à la longueur théorique.

 

Dômes à structure bois - Eléments de liaison (noeuds)

La liaison entre montants se fait par boulonnage d'un disque inserré dans une rainure du montant.

Il peut être en métal de qqs mm d'épaisseur, ou en contreplaqué extérieur (ou triply) de 16 à 22 mm. Ou encore ce peut être une pièce de métal façonnée autour d'un cylindre.

Le métal demande des outils adaptés et s'il y a soudures un calage soigneux.

Travailler avec du bois est plus simple. Si l'on veut ajuster les montants comme pour le noeud d'en dessus, il faudra disposer d'un outil précis comme une scie radiale pour couper d'un coup 2 angles indépendant, l'angle axial et l'angle de la pointe. la longueur des montants de pointe à pointe devra être la longueur théorique.

Un des noeuds les plus simple, qui peut même se tailler avec des outils à main: une figure de contreplaqué (hexagonale ou pentagonale selon le sommet) qui s'ajuste dans une découpe du montant. Dans ce cas la longueur réelle du montant est diminuée de 2 fois la distance du bout du montant au centre de la platine.

 

Détail de la platine

pour un noeud à 6 branches et des montants de 4 cm de large

Cette platine en hexagone régulier n'est exacte que pour les noeuds où se rejoignent 6 montants C (fréquence 3).

Pour les autres noeuds à 6 branches, les montants dévient légèrement de cette étoile régulière (60°). Les angles exacts (à 0,5° près) sont donnés ci-dessous.

 

 

 Noeud à 4 branches (octaèdre)

et à 5 branches (icosaèdre)

 

 

 

Fabrication des éléments

Les calculs sont achevés, doit-on être aussi précis ? Si l'on peut. Les outils, le travail et la réaction du bois au climat vont entrainer quelques approximations. Il faut essayer d'avoir des longueurs ustes à 2-3 mm près et des angles corrects à 2° près. Dans chaque sorte d'élément, en réaliser un premier modèle, le retoucher éventuellement et marquer dessus toutes les données qui le concernent. Il servira de gabarit pour la fabrication de sa série.

Platines de liaison
Selon le type de noeud que l'on adopte. On essaye de rapprocher les montants au maximum. Percer des trous de 2 mm plus grands que les boulons à utiliser.

Boulons, écrous, rondelles
Boulons de 8 ou 10 mm de diamètre et de longueur adaptée à la profondeur des montants

Les montants
On choisit un bois léger et sans gros noeuds, sec si possible, comme Douglas, sapin du Nord ou équivalent.

Quelle section? Assez large pour recevoir des clous, assez profond si l'on veut bien isoler dans cette profondeur. Soit environ 5 X 10 ou 5 X 12 (cm). Ou 3-4 X 6-8 si le dôme est petit. Il est plus important que l'ensemble des montants ait une profondeur constante mais inutile d'aller jusqu'au rabotage, sauf pour les montants des vitrages qui par la suite seront les seuls visibles.

Pour la longueur
Si les montants sont taillés en pointe, c'est la longueur calculée. S'ils ne se joignent pas au centre de la platine, il faut enlever 2 fois cet écart au centre (un à chaque bout) et comme les montants sont inclinés, enlever encore selon le modèle (pour une distance de 4 cm au centre, sinon en proportion)

Octa F2     montant     A: 7 mm     B: 12 mm

       F3     montant     A: 2 mm     B: 4 mm     C: 5 mm

       F4     montant     A: 1 mm     B, C, F: 2 mm     D: 3 mm     E: 4 mm

Icosa F2     montant     A: 3 mm     B: 4 mm

       F3     montant     A: 1 mm     B, C: 2 mm

       F4     montant     tous: 1mm

Travail en bout

Essayer de situer la découpe pour la platine de telle sorte que le boulon ne fasse pas une saillie sous le montant et faites une niche en dessus pour encastrer sa tête, c'est plus élégant et le boulon ne fera pas de gène à la pose des revêtements intérieur ou extérieur.

Le montage

Tout est prêt? Les montants, les platines, l'élément porte, une base plane de bois, de pierre ou de ciment n'attend plus que le montage?

Le montage est un moment magique, on a passé bien du temps avant cette étape sans que rien n'émerge du sol, et en quelques heures - ou 2 jours si l'on a construit grand- on va faire un tissage dans le ciel. 2 ou 3 personnes suffisent mais c'est mieux d'inviter quelques amis à cette fête.

Il vous faut comme outils: des maillets, des clefs pour boulonner, des échelles, une visseuse et la perceuse, la scie, le ciseau à bois pas loins s'il y a des retouches à faire.

Et aussi un plan clair de l'organisation des montants et noeuds dans la structure.

Commencer par repérer le centre et le marquer, c'est la référence. Tracer un cercle de rayon r de base (donné en fin des pages sur la géométrie)

Mettre les diverses pièces à l'intérieur du cercle, regroupées par type avec l'élément gabarit bien visible (ça aide).

Commencer par placer et relier la couronne des montants de base: elle devrait toucher le cercle en restant vers l'intérieur. A chaque noeud (et dans toute la progression du montage) fixer un des montants, le premier, avec une vis supplémentaire pour que la platine ne tourne pas (surtout si c'est un disque). Mettre la base en place en orientant la porte que l'on peut fixer provisoirement.

Procéder couronne par couronne en ne serrant pas les boulons. Arrivé à hauteur de l'élément porte, on peut l'ajuster au mieux sans la fixer définitivement.

Continuer jusqu'à la fin. A cerains moments, peut être faudra-t-il forcer, tirer par ci, pousser par là, utiliser le maillet ou bousculer la structure, au pire agrandir quelques trous pour passer les boulons mais si les dimensions sont correctes, on doit arriver à ses fins sans trop d'efforts. Seul le tout dernier montant ne passera pas si la platine doit rentrer par une fente dans le montant. Scier alors le dessous de la fente, placer le montant et recoller le morceau manquant.

La pose de ce dernier montant va donner à l'ensemble une rigidité exceptionnelle, vous pouvez maintenant grimper partout.

Pour finir: secouez fortement la structure si elle n'est pas trop lourde, elle va se placer au mieux de ses tensions, fixez la au sol, ajustez la porte si elle peut bouger et reliez la définitivement, serrez les boulons, faites sauter le champagne en envoyant quelques bulles dans ma direction si cette étude vous a été utile.

 La structure n'est pas toute la maison, il y aura encore du travail, mais ce sera de l'artisanat plus classique sur une forme qui ne l'est pas. A chacun de trouver sa méthode selon ses goûts et son savoir faire........

Pour l'icosaèdre F3 - 5/8e de 8 m de diamètre

 

Hauteur:      4,69 m

Rayon de la base: 3,94 m

Montants     Nombre     Longueur(cm)     Axial

A             30          131,2            80°

B             54          153,2            78,4°

C             54          156,8          78,1°   

C1            10          156,9           78,1°  

C2           10          151,3            78,5°

 Platines      Nombre      Spécial

5A               6

6C               10

ABCBCB         18           2

ABCBC2B        8            2

C1BCB           8             2

C1C2C2C1       5

 Boulons, écrous, rondelles

316

 

quelques uns de plus en réserve (on en égare durant le montage)

     

Détail montant

 Voila fini

 

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