Comprendre le Zôme

Le zôme est une structure composée de losanges assemblés en deux spirales hélicoïdales inversées, inspirée de nombreuses formes naturelles.

Zôme Anor couleuryourte habitat insolite yourte tipi teepi teepee cabane dome zome roulotte mongole kirgize campagne tourisme week end nord pas de calais aisne belgique DSC08660 net

tournesol-couleuryourte-habitat-insolite-yourte-tipi-teepi-teepee-cabane-dome-zome-roulotte-tournesol pomme-de-pin-couleuryourte-habitat-insolite-yourte-tipi-teepi-teepee-cabane-dome-zome-pomme-de-pin-roulotte

C’est une forme géométrique dont les arêtes sont toutes de même taille et ont toutes la même inclinaison par rapport à l’horizontale, ce qui lui confère une régularité unique. Que l’on considère cela symboliquement et/ou énergiquement, le zôme matérialise dans l’espace la progression d’un même élément, comme une cellule vivante se reproduisant pour former un organisme.

Le fait est que a priori les êtres humains qui se sont tenus à ‘intérieur d’un zôme s’y sont senti particulièrement bien.

D’un point de vue constructif, le zôme constitué de simples losanges n’est pas une forme stable. Il a besoin d’être « triangulé » ou rigidifié pour le devenir. On dit qu’il est constitué de losanges parce que les triangles qui le constituent sont couplés deux à deux sur des mêmes plans et forment des losanges

En mode léger et démontable, la rigidité des raccords peut suffire à faire tenir le zôme dans l’espace.

Le zôme forme une coquille qui est une structure suffisante. Nul besoin de charpente interne, mais toujours à condition que ses losanges soient parfaitement rigides.

Il offre un espace étonnamment harmonieux pour une quantité de matière minimaliste.

Son seul inconvénient est de poser aux constructeurs des difficultés techniques dues à la complexité des angles qu’il met en jeu.

On distingue deux systèmes constructifs : tubulaire ou charpenté.

En mode tubulaire, le zôme est censé pouvoir être monté très rapidement et est recouvert de toiles avec éventuellement un isolant.

En mode charpenté, il peut être recouvert comme les habitats traditionnels. Dans ce cas il est utilisé comme structure permanente devant supporter le poids de la neige et les efforts du vent, ce qui impose de l’ancrer à des fondations solides.

Nous allons publier sur cette page les recherches que nous avons faites sur cette structure du zôme, en nous appuyant sur les résultats et conseils fournis par un bureau d’étude spécialisé dans les structures bois marginales.

Les recherches faites par les bricoleurs et constructeurs pour parvenir à réaliser des zômes avec des moyens modestes, en évitant l’industrie, sont riches mais n’offrent pas encore de solution satisfaisante.

Nous cherchons à développer une solution idéale combinant faible coût, légèreté, faible encombrement et rapidité de montage. Pour ce faire, nous allons vérifier et approfondir par des procédés manuels (maquettes) les résultats de cette étude faite par calculs et sur logiciel. Ces résultats se résument à une donnée essentielle : la nécessité pour les losanges du zôme d’être parfaitement rigides et indéformables.

La question est de savoir comment obtenir cette rigidité en répondant à ces impératifs de faible coût, légèreté, faible encombrement et rapidité de montage.

Sur les trois vidéo suivantes, nous montrons à l’aide d’une maquette réalisée avec des pailles en plastiques et de la ficelle les effets réels de la triangulation. Pour cela nous construisons un dôme tubulaire avec des liens souples (ficelle) ; ainsi nous voyons comment la géométrie dans l’espace engendre une forme stable, rigide ou pas.

Dans cette première video, le zôme est réalisé uniquement avec des losanges, sans la moindre triangulation. On voit que la forme obtenue n’a pas la moindre rigidité. Elle ne prend même pas la forme d’un zôme s’affaissant sur lui-même, mais une forme de chapeau de sorcière :

 

Dans cette deuxième vidéo, nous avons commencé à trianguler la structure sur la partie basse : on voit que sur cette partie le zôme prend forme et acquière une certaine tenue :

 

Dans cette troisième video, on voit qu’avec tous ses éléments de triangulation, le zôme a complètement pris sa forme. Il est stable en apparence, mais quand on le manipule on se rend compte qu’il est hautement déformable :

 

Cette maquette nous aura donc appris que la triangulation du zôme n’est pas en soi suffisante pour le rendre rigide, ce qui confirme les résultats du bureau d’étude : « pour que le zôme soit rigide il faut que les losanges le soient ». Et un losange triangulé avec des liens souples reste déformable : les deux triangles peuvent se mouvoir indépendamment comme les ailes d’un papillon, ce qui explique l’insuffisance de la triangulation avec liens souples.

Solution 1 : zôme tubulaire avec liens souples

L’avantage de l’assemblage avec liens souples est de pouvoir supprimer l’inconvénient de la complexité et diversité des angles mis en jeu dans le zôme. On peut imaginer des perches de bois avec à leurs extrémités des bandes épaisses de caoutchouc ou de cuir pouvant être reliées entre elles par un simple boulon (simple, léger, peu couteux), mais nous savons maintenant qu’avec un tel système la structure peut s’enfoncer sur elle-même par la simple pression d’un vent moyen. Il y a cependant un moyen de contrecarrer cet effet : contreventer la structure de l’intérieur en reliant avec des cordes chaque noeud d’un même niveau au noeud non pas d’à côté mais au suivant. Si les arêtes du zôme sont liées entre elles par un boulon, le boulon peut avoir une tête en anneau sur laquelle peuvent venir se fixer ces cordes. Il faudrait 12 cordes par niveau pour un zôme 12, soit 84 cordes.

inconvénient : ça complexifie le montage, mais pas tant que cela.

Avantages : ça reste léger et peu couteux. Pas de calcul d’angle. Pas de fabrication complexe.

Quand à la présence de ces 84 cordes sur l’intérieur de la structure, on peut trouver ça lourd ou esthétique. C’est selon.

Pour une telle structure, en mettant de côté la porte, on a 156 arêtes identiques, 7 séries de 12 diagonales horizontales, soit 240 pièces de bois en tout, donc 480 rectangles de cuir à attacher à chaque extrémité de ces pièces de bois, à percer, et qui seront attachées entre elles par 85 boulons (tête en anneau) et reliées entre elles par 84 cordes sous tension.

A noter que ces cordes peuvent être définitivement reliées aux boulons selon les bonnes mesures. Il n’y aurait pas à les ajouter à la fin du montage, elles se monteraient au fur et à mesure avec les boulons et les pièces de bois.

Nous prévoyons de réaliser un tel zôme mais il faudra attendre un peu pour voir le résultat.

Solution 2 : zôme en plaques rigides

Cette deuxième solution part du principe que les losanges doivent être rigides et choisit donc d’utiliser des losanges en plaques rigides, a priori en contreplaqué. Il faut trouver, pour un zôme donné, l’épaisseur de contreplaqué idéale qui le rend le plus léger possible mais tout de même assez solide. Pour un zôme 12 de 6m de diamètre on a des arêtes d’environ 90 cm avec des losanges approchant le mètre carré de surface. Du CP de 10mm semble un bon compromis. On aura alors 72 losanges en CP de 10, ce qui est tout de même encombrant et lourd. Reste à savoir comment on les relie entre eux.

Plusieurs possibilité seront possible. A suivre …

Solution 3 : zôme avec noeuds rigides

L’avantage de cette solution est qu’avec des noeuds suffisamment rigides on peut faire l’économie de la triangulation. L’inconvénient c’est que ces noeuds sont complexes et sont composés d’angles multiples. On imagine bien cette solution pour un procédé industriel : des raccords tubulaires en alu ou en polymère plastique. Pour une fabrication artisanale il faut disposer des calculs d’angles. La solution que nous allons bientôt mettre en oeuvre consiste à enficher les extrémités renforcées de perches en bois (partie femelle) dans des tiges d’aciers (partie mâle) pré-soudées entre elles selon les angles adéquats. Pour souder ces tiges d’acier nous avons fabriqué des gabarits sur lesquels poser les tiges pour leur soudure ; 7 gabarits différents pour chaque niveau.

A suivre…

Voici finalement la structure réalisée. Nous avons utilisé des fers de 12 et des perches d’épicea. Diamètre du zôme 5m40 au sol, arêtes de 90cm.

L’idée était de se passer de triangulation en comptant sur la rigidité de l’acier et des soudures. Le bilan est sans appel : la structure tient mais est beaucoup trop molle (élastique) et s’affaisse très progressivement sous son propre poids.

Il a donc fallu trianguler, mais comme nous voulions un système à montage rapide (simple enfilage des perches) et une structure légère et peu encombrante, les diagonales horizontales travaillant en traction, nous avons tenté l’usage de simples sangles (600kg) passant dans des anneaux en corde. Le résultat est étonnant : la structure devient rigide. Elle ne supporte pas le poids d’un homme ou de la neige, mais est suffisamment stable pour tenir à des vents forts si le tout est arrimé.

Les deux sangles du bas sont indispensables car c’est là que le poids et les angles sont le plus importants, les autres complètent la rigidité.

Ce qui est magique dans cette structure, c’est qu’elle tient dans un grand coffre et pèse moins de 100kg : à droite outils nécessaires, à gauches tous les éléments de la structure hors toile :

Cette petite merveille a fait sensation au festival de passion Robinson 2017 de Chevetogne…