Que vous préfériez une maison aux murs en carton compact ou une école construite avec des bouteilles recyclées, les ingénieurs et les architectes ont fait de grands progrès en matière de design écologique. © Jacob Maentz/Corbis Les architectes conçoivent des bâtiments.
Les ingénieurs civils construisent des ponts.
Les ingénieurs structurels empêchent le tout de se tordre, froisser et secouer.
C'est une affaire délicate. Comme le dit une citation très médiatisée, "L'ingénierie structurelle est l'art de mouler des matériaux que nous ne comprenons pas entièrement dans des formes que nous ne pouvons pas analyser avec précision, pour résister à des forces que nous ne pouvons pas vraiment évaluer, de telle sorte que le public ne soupçonne pas l'étendue de notre ignorance" [sources :AGCAS; Merriam-Webster; Schmidt].
Un tel savoir-faire est essentiel pour maîtriser les nouveaux matériaux de la construction verte et les pratiques de repoussage d'enveloppes, qu'il soit utilisé dans un gratte-ciel, une maison ou une structure construite pour exploiter le vent, attelez les vagues ou orbitez haut au-dessus de votre tête et surveillez le climat.
Qu'elles soient traditionnelles ou d'ailleurs, les structures vertes nous excitent en mettant l'accent sur des objectifs particuliers - comme zéro émission - et en les accomplissant via potentiellement beau, formes saisissantes. Comme le montrent les sélections de cette liste, l'ingénierie structurelle verte pose de nouvelles questions architecturales et de nouveaux critères pour évaluer les réponses.
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Le bâtiment Eastgate (à gauche) s'est inspiré des termites. Photo avec l'aimable autorisation de Damien Farrell utilisée sous licence Creative Commons CC By 2.0. Les termites ne doivent pas nécessairement faire partie des pires ennemis d'un bâtiment - ils peuvent également inspirer une refonte remarquable du chauffage, réfrigération et climatisation. Prenez l'Eastgate Building, qui troque la climatisation traditionnelle en faveur d'un souffleur de buggy :un système de ventilation incorporant les astuces de régulation de la chaleur trouvées dans les imposantes termitières à travers l'Afrique australe. Ces monticules coniques, qui peut atteindre plusieurs mètres de haut, maintenir une température interne presque constante tandis que les conditions extérieures oscillent de 108 à 37 F (42 à 3 C) [sources :Biomimicry Institute; Griggs ; Tuhus-Dubrow; Tourneur].
L'architecte Mick Pearce et les ingénieurs d'Arup Associates ont imaginé le design, qui imite la disposition en constante évolution d'une termitière de trous attrapant la brise à travers un système de ventilateurs, évents et entonnoirs. Le complexe de bureaux, qui utilise 10 pour cent autant d'énergie que d'autres bâtiments de taille similaire, ne représente qu'une idée originale de la petite mais croissante sous-industrie connue sous le nom architecture biomimétique [sources :Institut de biomimétisme; Tuhus-Dubrow].
Le Millennium Dome coupe un profil indubitable dans la ligne d'horizon de Londres. iStock/Thinkstock Autrefois considéré comme un embarras politique et un désastre économique, le Millennium Dome (rebaptisé plus tard l'O2) a depuis rebondi en tant que salle de concert et de sport. Sortant de la zone douteuse des Docklands de l'Est de Londres comme un énorme, oursin rougeoyant, il englobe un espace interne tentaculaire et pratiquement ininterrompu utilisant remarquablement peu de matériau :environ 1 à 2 livres par pied carré (4,9 à 9,8 kilogrammes par mètre carré), par rapport aux 30-40 livres (146,5-195,3 kilogrammes) typiques de la plupart des toits [sources :brut; Lyall ; RSH+P ; Salomon].
Les épines de l'oursin mutant sont en fait 12 mâts en acier (un pour chaque mois), chacun s'élevant à 328 pieds (100 mètres) et supportant ensemble un revêtement en téflon, toit en fibre de verre au-dessus de plus de 1, 076, 000 pieds carrés (100, 000 mètres carrés) d'enceinte. Le bâtiment mesure environ 1, 200 pieds (une symbolique de 365 mètres, un pour chaque jour de l'année) à travers et 0,62 miles (un kilomètre complet) autour, et atteint une hauteur maximale de 164 pieds (50 mètres) [source :RSH+P].
Que le dôme représente un triomphe environnemental ou une tragédie reste controversé. Sa construction a conduit à un projet massif de nettoyage des déchets toxiques et de remise en état de la zone, et utilisé remarquablement peu de matériaux. Malheureusement, son matériau de couverture en polytétrafluoroéthylène (PTFE, mieux connu sous le nom de téflon) génère des chlorofluorocarbures (CFC) nocifs pour la couche d'ozone et des CFC hydrogénés lorsqu'ils sont produits. Toujours, il bat le plan initial d'utiliser du polyester enduit de PVC lié à la dioxine [sources :Higgs; Melchett; Williams].
Plan du pont Jarrold le 19 décembre 2011, trois jours seulement après l'ouverture du pont apparemment flottant au public Photo avec l'aimable autorisation de Thomas Barrett utilisée sous licence Creative Commons CC By 2.0 Conçu pour relier un développement nouvellement construit au centre-ville historique de Norwich, Jarrold Bridge défie les limites de l'ancien et du nouveau tout en semblant défier la gravité.
En tant que passage à niveau pour les cyclistes et les piétons, la structure améliore l'environnement à plus d'un titre :d'abord, en utilisant une conception en porte-à-faux qui minimise les perturbations environnementales avec grâce et style, et deuxièmement en réduisant le besoin de ponts pour véhicules. Les ponts pour véhicules ont tendance à occuper des empreintes importantes, à la fois métaphoriquement, en termes de matériaux de construction utilisés et de pollution de ruissellement créée, et littéralement, en ce qui concerne l'espace important occupé par leurs entrées et sorties terrestres et leurs supports à ancrage dans l'eau [sources :ISE; Ramboll].
Un cantilever est simplement une poutre ancrée à une seule extrémité. Sans autre support nécessaire, Le pont Jarrold lévite pratiquement au-dessus de l'eau ci-dessous, laissant la circulation sur la rivière Wensum et les vues locales sans entrave. Acier patiné, le bois dur et l'acier inoxydable provenant de sources durables sans finitions appliquées créent ensemble un pont durable qui ne rejette aucun ruissellement toxique et nécessite peu d'entretien. Les lumières du pont éclairent faiblement la passerelle, pas l'eau, protéger les poissons et la faune locales contre les reflets intrusifs [sources :R G Carter; ISE ; Ramboll].
Un autre projet de Shigeru Ban, le Centre Pompidou-Metz en France. Interdire, avec Jean de Gastines, conçu le musée d'art moderne, qui a été inauguré en 2010 par Nicolas Sarkozy. Les poutres du toit funky sont en bois lamellé-collé. © Colin Matthieu/Hemis/Corbis Une structure supportée par du carton peut sembler un endroit vraiment moche pour posséder un chat domestique (sortez ces griffoirs supplémentaires), mais l'architecte Shigeru Ban privilégie le matériau comme bon marché, facile à travailler et facilement disponible - une source de nouvelles opportunités d'ingénierie architecturale et structurelle sans fin. Ces qualités cadrent bien avec les efforts humanitaires de Ban, y compris les logements temporaires bon marché qu'il a conçus pour les camps de réfugiés rwandais [sources :Corkill; Etherington].
Exclure, quelles que soient les qualités vertes que possèdent ses structures, elles sont accidentelles; il considère le mouvement vert comme une autre mode passagère. Mais quand Hannover Expo 2000 (une exposition universelle) lui a demandé de garder son thème environnemental, il s'est montré à la hauteur. Cherchant à minimiser les déchets industriels, il a conçu le Pavillon du Japon pour réutiliser ou recycler le plus de matériaux possible. Son arche de tunnel ondulante - une grille de tubes de papier en pente douce recouverte d'une membrane en papier et soutenue par des câbles de traction - mesurait 242 pieds de long, 82 pieds de large et 52 pieds de haut (73,8 x 25 x 15,9 mètres) et comportait une arche en bois pour plus de solidité à chaque extrémité [source :Shigeru Ban].
Une pale d'éolienne de 164 pieds (50 mètres) prend vie dans une ville du Cap, Afrique du Sud, usine. Foto24/Gallo Images/Getty Images Le vent a beaucoup augmenté au cours de la dernière demi-décennie. En réalité, À partir de 2013, l'énergie éolienne a dépassé la concurrence pour devenir la ressource d'énergie renouvelable à la croissance la plus rapide au monde [source :LaGesse]. Mais ne déformons pas les choses :pour que le vent atteigne vraiment son potentiel énergétique, les turbines doivent devenir meilleures pour capter le vent de n'importe quelle direction et le convertir en énergie. Plus que ça, des dispositifs doivent être développés pour stocker cette énergie efficacement et la distribuer de manière uniforme, afin que l'électricité soit disponible dans toutes les conditions de vent.
Quelques exemples de progrès révèlent que cette industrie en plein essor a repris son souffle. Inspiré des ailerons de baleine à bosse, la société WhalePower a ajouté des bords festonnés qui capturent l'air à ses aubes de turbine, et Quiet Revolution et Windspire Energy ont développé des turbines capables de capter les vents de n'importe quelle direction sans avoir besoin de pivoter. Honeywell et WePOWER continuent de se brancher sur des turbines toujours plus performantes, alors même que les constructeurs soucieux de l'environnement commencent à les monter sur les bords des toits pour attraper les courants ascendants [source :Merolle].
Pendant ce temps, un groupe du Massachusetts Institute of Technology a développé un nouveau système de stockage d'énergie à turbine utilisant un creux, boule de béton immergée :Pendant que ses pales tournent, une partie de l'électricité produite alimente une pompe qui chasse l'eau de mer du conteneur; quand les vents s'éteignent, l'eau reflue, faire tourner une turbine et produire de l'électricité [source :Harbison].
L'homme dont les appartements portent le nom, le légendaire scientifique de l'atmosphère Charles David Keeling, qui a été affilié à la Scripps Institution of Oceanography de l'Université de Californie à San Diego de 1956 à 2005. © Jim Sugar/Corbis Le campus de l'Université de Californie à San Diego n'est pas étranger à l'architecture accrocheuse. Au-delà de sa célèbre bibliothèque Geisel fantaisiste, bercé au sommet de son arbre de béton, le campus de 50 ans accueille un quoi de quoi des styles modernistes.
Les appartements Charles David Keeling, avec leur mélange, formes rectilignes, ornementation clairsemée et construction en béton et verre, s'intègrent certainement à leurs voisins modernes. Mais ils s'appuient également sur les aspects plus verts de l'esthétique moderne - une large utilisation du verre pour maximiser la lumière naturelle, accent sur le soleil et l'ombre pour améliorer le confort, l'emploi de matériaux dans des états sans fioritures - et les amener à leur logique, conclusions vertes.
Les formes du bâtiment et la disposition des fenêtres maximisent la ventilation naturelle, ce qui réduit la consommation d'énergie de 38 %, tandis qu'un système de panneaux, les passerelles et le verre à faible émissivité thermique (faible émissivité thermique) réduisent le rayonnement solaire entrant. Les bâtiments comprennent également des cellules solaires et un système de conservation et de réutilisation de l'eau qui s'étend de l'aménagement paysager aux toilettes à faible débit et au recyclage des eaux usées sur place. La végétation sur les toits rafraîchit les appartements tout en dirigeant l'eau vers les bassins de rétention, réduire les niveaux de polluants dans les eaux de ruissellement [source :Goodman].
De manière appropriée, le bâtiment porte le nom d'un scientifique américain qui a compté parmi les premiers à avertir le monde de l'effet de serre.
Dans cette image, vous pouvez voir les deux premiers étages des quatre étages, Maison R128 totalement recyclable. Perché sur les falaises d'Allemagne, il vient également avec une vue imprenable. Image reproduite avec l'aimable autorisation de Josef Schulz, Düsseldorf/Allemagne et Werner Sobek Group GmbH Werner Sobek est un habitué de la conception de l'avenir. Il est aussi un peu une sommité de la structure verte, trop. Regardons sa maison R128 pour preuve.
Le problème de construire une maison adaptée aux parois abruptes de la vallée de Stuttgart sans sacrifier un iota de la vue magnifique est suffisant pour défier n'importe quel architecte, mais Sobek a également choisi de faire de sa maison R128 une étude de durabilité [sources :Dwell; Werner Sobek].
Le 100 pour cent recyclable, la maison tenon-mortaise est entièrement modulable, et s'assemble et se démonte plus facilement que la plupart des meubles Ikea. Le R128 ne produit aucune émission et fournit toute l'énergie dont il a besoin via ses cellules solaires. Il comporte des murs de verre de tous les côtés, composé de haute qualité, panneaux isolants à triple vitrage [sources :Dwell; Cerf; Werner Sobek].
Ce n'est pas la maison de l'âme modeste mais, puis encore, c'est un peu l'idée. Assurez-vous simplement d'apporter beaucoup de Windex.
Un tir comme celui-ci (du typhon Namtheun de 2004) faisait partie du travail de la journée pour GOES 9. Image avec l'aimable autorisation de la NASA et de la NOAA La série de satellites environnementaux opérationnels géostationnaires (GOES) d'engins spatiaux orbitaux a joué un rôle essentiel dans la surveillance de la météo et du climat de la Terre depuis que la NASA a lancé le premier de la famille le 16 octobre. 1975 [sources :NOAA OSO].
Le système passe à la vitesse supérieure avec le lancement de sa deuxième génération, la série GOES I-M, qui a pris des temps d'observation de la Terre de 10 à 100 pour cent. Lancé de 1994 à 2001 et désarmé depuis, GOES 9-12 a percé les mystères des nuages et du brouillard, courants océaniques, tempêtes et vents, et même la fonte des neiges. Il l'a fait en fusionnant les données des capteurs des bandes visuelles et infrarouges avec les informations d'un réseau mondial de stations de collecte de données, ballons et bouées. Le système actuel, VA N-P, contient des versions améliorées d'instruments similaires ainsi que de nouveaux [sources :NOAA OSD ; NOAA OSO].
Traditionnellement, au moins deux satellites GOES fonctionnent à la fois, un sur chaque côte de l'Amérique du Nord. Actuellement, GOES-13 est désigné GOES-Est et GOES-15 est désigné GOES-Ouest. En outre, GOES 12 surveille l'Amérique du Sud. La prochaine génération d'artisanat, lancement prévu en 2015, ajoutera de nouveaux gadgets, y compris un mappeur de foudre et deux instruments solaires pour mieux surveiller la production de rayons X et de rayonnement ultraviolet extrême du soleil [sources :GOES-R Program Office ; NOAA OSO; NOAA OSO].
Un dispositif d'énergie houlomotrice PB150 PowerBuoy attend sur le quai à Invergordon, Cromarty Firth en Écosse. © Ashley Cooper/Corbis Les estimations éclairées de l'énergie récupérable des vagues océaniques peuvent atteindre des dizaines à des centaines de térawatts (billions de watts) par an, mais trouver un moyen respectueux de l'environnement d'exploiter ces vagues savoureuses a toujours laissé les ingénieurs se sentir coulés. Dernièrement, cependant, le domaine a connu un changement radical, grâce à des gens comme Ocean Power Technologies.
L'attrait de l'Autonomous PowerBuoy découle à la fois de son faible encombrement et de son principe simple :une bouée de 1,50 mètre de haut flotte sur les vagues, tirant sur un longeron d'ancrage lié à un moteur rotatif sur le fond marin. Le mouvement ondulatoire de haut en bas fait tourner le moteur, qui produit de l'électricité. Si cela semble simple, ce n'est pas :pour gérer les variations de puissance de traction causées par des vagues de tailles différentes, le flotteur a besoin d'un ordinateur de bord pour régler la résistance du longeron 10 fois par seconde [sources :Fecht; OPTER].
Un certain nombre de PowerBuoys opèrent actuellement dans les eaux autour d'Hawaï, chacun générant 0,04 mégawatt de puissance, mais les bouées prévues pour les eaux écossaises pourraient faire grimper ce nombre à 0,15 mégawatt. Selon le fabricant Ocean Power Technologies, une fois mis en place en grilles, les engins flottants pourraient atteindre des centaines de mégawatts [sources :Fecht ; OPTER].
Cette photo de la façade ouest du bâtiment Federal Center South vous permet de voir à quel point cet ancien site Superfund a changé. photo GSA, publié à l'origine par GSA.gov Il y a une vieille blague selon laquelle la solution de l'Army Corps of Engineers à tout problème consiste simplement à couler plus de béton. Bien, vous ne le sauriez pas pour voir le siège de l'agence dans le district du Nord-Ouest, qui non seulement se classe dans le top 1% des immeubles de bureaux économes en énergie à l'échelle nationale, mais est aussi léger, aéré et abondant en bois, du verre et des espaces fluides -- le tout sur un site Superfund récupéré et assaini [sources :Gendall; Homme bon].
Conçu par ZGF Architects et construit par Sellen Construction, le bâtiment canalise la lumière d'un atrium central et de fenêtres extérieures vers divers espaces de réunion, tandis que les parois cubiques surbaissées permettent également à la lumière de pénétrer dans l'enclos des releveurs. Les stores extérieurs et intérieurs contrôlent la charge thermique, de même que l'utilisation de fenêtres à claire-voie. Des sections en bois ont été construites en partie à l'aide de matériaux récupérés d'un entrepôt désaffecté à proximité. Pour garder l'intérieur au frais, l'air extérieur passe par une filtration MERV à 15 niveaux pour circuler à travers les planchers, des voiles réfrigérées refroidissent l'intérieur via des principes de refroidissement radiant et un réservoir de stockage thermique utilise un matériau à changement de phase (PCM) pour emballer l'énergie de refroidissement contre les besoins futurs [sources :Gendall ; Homme bon].
D'ailleurs, valeur de rapport d'efficacité minimale, ou MERV, est un indice d'efficacité du filtre à air, et il est basé sur les performances du pire des cas. Ainsi, un filtre MERV 15 comme celui décrit ici est efficace de 85 à 95 % pour éliminer les particules mesurant 0,3 à 10 microns -- l'échelle des particules d'éternuement et des bactéries individuelles [sources :EPA; Wilkinson].
On est loin de ce que l'architecte moderniste Le Corbusier appelait les « machines à habiter ». Ou devrais-je dire boucler la boucle ? Les habitations humaines telles que les igloos, les tipis et les huttes de bambou au toit de chaume utilisent depuis longtemps des matériaux et des motifs locaux adaptés aux environnements locaux - l'essence de la durabilité.
Bien sûr, il est possible que dans quelques décennies le pendule revienne vers une approche plus simple, à quel moment ces structures pourraient sembler ridicules à nos enfants, mais j'en doute. Après tout, nous apprécions toujours les tentatives de la modernité du milieu du siècle pour monter en flèche tout en vilipendant le brutalisme squat qui a suivi. Outre, nous serons probablement trop occupés à construire des digues et à payer la facture d'électricité pour nous en rendre compte.
