Un dôme géodésique est une structure à coquille mince hémisphérique (treillis) basée sur un polyèdre géodésique. Les éléments triangulaires du dôme sont structurellement rigides et distribuent les contraintes structurelles dans toute la structure, ce qui permet aux dômes géodésiques de supporter des charges très lourdes pour leur taille.

Histoire
Walther Bauersfeld, ingénieur en chef de la société d’optique Carl Zeiss, a conçu le premier dôme que l’on pourrait qualifier de «géodésique» à tous les égards, après la Première Guerre mondiale, pour un planétarium destiné à abriter son projecteur de planétarium. Un premier petit dôme a été breveté, construit par la société Dykerhoff et Wydmann sur le toit de l’usine Zeiss à Iéna, en Allemagne. Un plus grand dôme, appelé «La merveille d’Iéna», a été ouvert au public en juillet 1926. Environ 20 ans plus tard, R. Buckminster Fuller nomma le dôme «géodésique» des expériences sur le terrain avec l’artiste Kenneth Snelson au Black Mountain College en 1948 et 1949 Bien que Fuller n’ait pas été l’inventeur original, il est crédité de la popularisation par les États-Unis de l’idée pour laquelle il a reçu le brevet américain 2 682 235 le 29 juin 1954.

Le dôme géodésique a séduit Fuller parce qu’il était extrêmement fort pour son poids, que sa surface omnitriangulée offrait une structure intrinsèquement stable et qu’une sphère contenait le plus grand volume pour la plus petite surface.

Le dôme a été adopté avec succès pour des usages spécialisés, tels que les 21 dômes de la ligne d’alerte avancée construits au Canada en 1956, le dôme de la Union Tank Car Company de 1958 près de Baton Rouge en Louisiane, conçu par Thomas C. Howard de Synergetics, Inc. des bâtiments tels que les dômes Kaiser Aluminium (construits dans de nombreux endroits à travers les États-Unis, par exemple, Virginia Beach, en Virginie), les auditoriums, les observatoires météorologiques et les installations de stockage. Le dôme a bientôt battu des records de surface couverte, de volume fermé et de vitesse de construction.

À partir de 1954, les US Marines ont expérimenté des dômes géodésiques livrables par hélicoptère. Un dôme géodésique en bois et en plastique de 30 pieds a été soulevé et transporté par hélicoptère à 50 nœuds sans dommage, ce qui a mené à la fabrication d’un dôme en magnésium standard par Magnesium Products de Milwaukee. Les tests comprenaient des pratiques d’assemblage dans lesquelles des Marines auparavant non formés ont pu assembler un dôme de magnésium de 30 pieds en 135 minutes, un hélicoptère qui décolle des porte-avions et un essai de durabilité dans lequel un dôme ancré résiste avec succès à 120 km / h. h) le souffle de l’hélice des moteurs jumeaux de 3 000 chevaux d’un avion ancré sans dommage.

Le dôme a été présenté à un public plus large comme un pavillon pour l’Exposition universelle de 1964 à New York conçu par Thomas C. Howard de Synergetics, Inc. Ce dôme est maintenant utilisé comme une volière par le Zoo de Queens à Flushing Meadows Corona Park après a été redessiné par TC Howard de Synergetics, Inc.

Un autre dôme provient d’Expo 67 à l’Exposition universelle de Montréal, où il faisait partie du pavillon américain. La couverture de la structure a ensuite brûlé, mais la structure elle-même est toujours debout et, sous le nom de Biosphère, abrite actuellement un musée d’interprétation sur le fleuve Saint-Laurent.

Dans les années 1970, Zomeworks a autorisé des plans pour des structures basées sur d’autres solides géométriques, tels que les solides Johnson, les solides d’Archimède et les solides catalans. Ces structures peuvent avoir certaines faces qui ne sont pas triangulaires, étant des carrés ou d’autres polygones.

En 1975, un dôme a été construit au pôle Sud, où sa résistance aux charges de neige et de vent est importante.

Le 1er octobre 1982, l’un des dômes géodésiques les plus célèbres, Spaceship Earth au Centre EPCOT de Walt Disney World (Bay Lake, Floride), a ouvert ses portes. Le bâtiment et le trajet sont nommés avec l’un des termes célèbres de Buckminster Fuller, Spaceship Earth, une vision du monde exprimant son inquiétude quant à l’utilisation des ressources limitées disponibles sur Terre et encourageant tout le monde à agir comme un équipage harmonieux travaillant vers la plus grande bien. Le bâtiment est l’icône d’Epcot, et est également inclus dans le logo du parc.

En 2000, EcoCamp Patagonia, le premier dôme géodésique du monde entièrement durable, a été construit en Patagonie chilienne. L’année suivante, le dôme de l’hôtel est essentiel pour résister aux vents forts de la région et repose sur les habitations des indigènes Kaweskar. .

Méthodes de construction
Dômes en bois ont un trou foré dans la largeur d’une jambe. Une bande en acier inoxydable verrouille le trou de la jambe à un tuyau en acier. Avec cette méthode, les entretoises peuvent être coupées à la longueur exacte nécessaire. Triangles de contreplaqué extérieur sont ensuite cloués aux entretoises. Le dôme est enveloppé du bas vers le haut avec plusieurs couches de papier goudronné agrafées, pour évacuer l’eau et fini avec des bardeaux. Ce type de dôme est souvent appelé un dôme de moyeu et d’entretoise en raison de l’utilisation de moyeux en acier pour attacher les entretoises ensemble.

Les dômes à panneaux sont construits avec des poutres à ossature séparée recouvertes de contreplaqué. Les trois éléments constituant le cadre triangulaire sont souvent coupés à des angles composés pour permettre un montage à plat des différents triangles. Des trous sont percés à travers les membres à des endroits précis et des boulons en acier, puis relient les triangles pour former le dôme. Ces membres sont souvent en 2×4 ou en 2×6, ce qui permet une plus grande isolation pour s’adapter au triangle. La technique à panneaux permet au constructeur de fixer la peau de contreplaqué aux triangles tout en travaillant en toute sécurité sur le sol ou dans un magasin confortable à l’abri des intempéries. Cette méthode ne nécessite pas de moyeux en acier coûteux.

Des dômes de serre temporaires ont été construits en agrafant des feuilles de plastique sur un dôme construit à partir de poutres carrées d’un pouce. Le résultat est chaud, mobile à la main dans les tailles de moins de 20 pieds, et bon marché. Il devrait être jeté au sol pour éviter qu’il ne soit déplacé par le vent.

L’armature en acier peut être facilement construite de conduit électrique. On aplatit l’extrémité d’une entretoise et perce des trous de boulons à la longueur nécessaire. Un seul boulon fixe un sommet d’entretoises. Les écrous sont généralement fixés avec un composé de blocage amovible, ou si le dôme est portable, avoir un écrou crénelé avec une goupille fendue. C’est la façon standard de construire des dômes pour les gymnases de la jungle.

Les dômes peuvent également être construits avec un cadre en aluminium léger qui peut être boulonné ou soudé ensemble ou peut être connecté avec une connexion point nodel / moyeu plus flexible. Ces dômes sont généralement revêtus de verre qui est maintenu en place avec une coiffe en PVC. La coiffe peut être scellée avec du silicone pour l’imperméabiliser. Certaines conceptions permettent également de fixer des doubles vitrages ou des panneaux isolés dans le cadre. Cela permet de former un bâtiment entièrement habitable.

Les dômes de béton et de mousse-plastique commencent généralement avec un dôme de cadre en acier, enveloppé avec du fil de poulet et un tamis métallique pour le renforcement. Le fil de poulet et l’écran sont attachés à l’armature avec des attaches en fil. Une couche de matériau est ensuite pulvérisée ou moulée sur le cadre. Les tests doivent être effectués avec de petits carrés pour obtenir la consistance correcte du béton ou du plastique. Généralement, plusieurs couches sont nécessaires à l’intérieur et à l’extérieur. La dernière étape consiste à saturer les dômes de béton ou de polyester avec une fine couche de composé époxy pour évacuer l’eau.

Certains dômes de béton ont été construits à partir de panneaux préfabriqués en béton armé précontraint et armé d’acier qui peuvent être boulonnés en place. Les boulons sont dans des récipients surélevés couverts de petits bouchons de béton pour évacuer l’eau. Les triangles se chevauchent pour laisser tomber l’eau. Les triangles dans cette méthode peuvent être moulés dans des formes à motifs de sable avec des motifs en bois, mais les triangles de béton sont généralement si lourds qu’ils doivent être placés avec une grue. Cette construction est bien adaptée aux dômes car aucun endroit ne permet à l’eau de s’accumuler sur le béton et de fuir. Les fixations métalliques, les joints et les cadres internes en acier restent secs, évitant ainsi les dommages dus au gel et à la corrosion. Le béton résiste au soleil et aux intempéries. Une forme de solin ou de calfeutrage interne doit être placée sur les joints pour éviter les courants d’air. Le 1963 Cinerama Dome a été construit à partir d’hexagones de béton préfabriqués et de pentagones.

Compte tenu de la géométrie complexe du dôme géodésique, les constructeurs de dômes s’appuient sur des tables de longueurs d’entretoises, ou «facteurs d’accord». Dans la géodésique mathématique et comment l’utiliser, Hugh Kenner écrit: «Les tableaux des facteurs d’accord, contenant comme ils le font les informations de conception essentielles pour les systèmes sphériques, ont été pendant de nombreuses années gardés comme des secrets militaires. Science Monthly Mensuel était tout le monde en dehors du cercle des licenciés Fuller devait continuer.  » (page 57, édition de 1976). D’autres tableaux sont devenus disponibles avec la publication de Domebook 1 (1970) et de Domebook 2 (1971) de Lloyd Kahn.

Dome maisons
Fuller espérait que le dôme géodésique aiderait à résoudre la crise du logement d’après-guerre. Cela correspondait à ses espoirs antérieurs pour les deux versions de la Maison Dymaxion.

Les dômes géodésiques résidentiels ont eu moins de succès que ceux utilisés pour le travail et / ou le divertissement, en grande partie en raison de leur complexité et, par conséquent, des coûts de construction plus élevés. Il existe des entrepreneurs professionnels expérimentés, bien que difficiles à trouver, et ils peuvent éliminer une grande partie des dépassements de coûts associés aux faux départs et aux estimations incorrectes. Fuller lui-même vivait dans un dôme géodésique à Carbondale, Illinois, à l’angle de Forest et Cherry. Fuller a considéré les dômes résidentiels comme des produits livrables par air fabriqués par une industrie aérospatiale. La maison à dôme de Fuller existe encore, la R. Buckminster Fuller et Anne Hewlett Dome Home, et un groupe appelé RBF Dome NFP tente de restaurer le dôme et de le faire enregistrer en tant que monument historique national. C’est sur le registre national des lieux historiques.

En 1986, un brevet pour une technique de construction en dôme impliquant des triangles de polystyrène stratifiés sur du béton armé à l’extérieur et des panneaux muraux à l’intérieur a été attribué à American Ingenuity de Rockledge, en Floride. La technique de construction permet aux dômes d’être préfabriqués en kit et érigés par un propriétaire. Cette méthode rend les coutures dans la partie la plus forte de la structure, où les coutures et surtout les moyeux dans la plupart des dômes à charpente en bois sont le point le plus faible de la structure. Il a aussi l’avantage d’être étanche.

Des habitations en dôme géodésique en aluminium sont apparues en Norvège et en Autriche. En 2012, un dôme en aluminium et verre a été utilisé comme dôme dans une maison écologique en Norvège et, en 2013, une maison en verre et bois a été construite en Autriche.

Au Chili, des exemples de dômes géodésiques sont facilement adoptés pour l’hébergement en tant que dômes géodésiques de style tentes ou dômes recouverts de verre. Exemples: EcoCamp Patagonia, Chili; et Elqui Domos, Chili.

Désavantages
Bien que les maisons à dôme aient connu une vague de popularité à la fin des années 1960 et au début des années 1970, en tant que système de logement, le dôme présente de nombreux inconvénients et problèmes. Un ancien partisan des maisons à dôme, Lloyd Kahn, qui a écrit deux livres à leur sujet (Domebook 1 et Domebook 2) et fondé Shelter Publications, est devenu désillusionné avec eux, les qualifiant d ‘«intelligent mais pas sage». Il a noté les inconvénients suivants, qu’il a énumérés sur le site Web de son entreprise: Les matériaux de construction courants (par exemple, le contreplaqué, les panneaux à copeaux) ont normalement des formes rectangulaires, et certains matériaux doivent être mis au rebut. , augmentant le coût de la construction. Les fuites de secours sont problématiques; les codes les exigent pour les grandes structures, et ils sont chers. Les fenêtres conformes au code peuvent coûter de cinq à quinze fois plus que les fenêtres des maisons conventionnelles. Le câblage électrique professionnel coûte plus cher en raison de l’augmentation du temps de travail. Même les situations câblées par le propriétaire sont coûteuses, car plus de certains matériaux sont nécessaires pour la construction de dômes. L’expansion et le partitionnement est également difficile. Kahn note que les dômes sont difficiles, voire impossibles à construire avec des matériaux naturels, nécessitant généralement des plastiques, etc., qui sont polluants et se détériorent au soleil.

La stratification de l’air et la distribution de l’humidité dans un dôme sont inhabituelles. Les conditions ont tendance à dégrader rapidement l’ossature en bois ou les panneaux intérieurs. Une entreprise appelée New Age Construction en Alabama affirme que l’ajout d’une coupole élimine la condensation d’humidité qui est courante dans les dômes.

La vie privée est difficile à garantir, car un dôme est difficile à diviser de manière satisfaisante. Les sons, les odeurs et même la lumière réfléchie ont tendance à être transmis à travers toute la structure (mais dans certains cas, cela peut être utilisé à bon escient).

Comme avec n’importe quelle forme incurvée, le dôme produit des zones de mur qui peuvent être difficiles à utiliser et laisse une certaine surface de plancher périphérique avec l’usage restreint en raison du manque d’espace libre. Les formes de plans circulaires manquent de la modularité simple fournie par les rectangles. Les concepteurs d’ameublement et d’installateurs avec des surfaces plates à l’esprit. Placer un canapé standard contre un mur extérieur (par exemple) se traduit par un croissant derrière le canapé en train d’être gaspillé.

Les constructeurs de dômes qui utilisent un matériau de revêtement intermédiaire (courant dans les années 1960 et 1970) ont du mal à sceller les dômes contre la pluie, en raison de leurs nombreuses coutures. En outre, ces coutures peuvent être stressées parce que la chaleur solaire ordinaire fléchit toute la structure chaque jour que le soleil se déplace dans le ciel. L’ajout subséquent de sangles et de finitions de cloisons sèches flexibles intérieures a pratiquement éliminé ce mouvement remarqué dans les finis intérieurs.

La méthode d’imperméabilisation la plus efficace avec un dôme en bois est de barder le dôme. Des plafonds à crête au sommet du dôme, ou pour modifier les formes du dôme sont utilisés lorsque la pente est insuffisante pour la barrière de glace. Des dômes monoblocs en béton armé ou en plastique sont également utilisés, et certains dômes ont été construits à partir de triangles en plastique ou en carton ciré qui se chevauchent de manière à évacuer l’eau.

L’ancien élève de Buckminster Fuller, J. Baldwin, insiste sur le fait qu’il n’y a aucune raison pour qu’un dôme bien conçu et bien construit puisse fuir, et que certaines conceptions ne puissent pas fuir.

Motifs associés
La construction de structures solides et stables à partir de motifs de triangles de renfort est le plus souvent vue dans la conception de la tente. Il a été appliqué dans l’abstrait dans d’autres conceptions industrielles, mais même dans la science de gestion et les structures délibératives comme une métaphore conceptuelle, en particulier dans le travail de Stafford Beer, dont la méthode de « transmigration » est basée sur le dôme. les gens peuvent prendre part au processus à chaque étape de la délibération.

Les plus grandes structures de dômes géodésiques
De nombreux dômes géodésiques comptent parmi les plus grandes structures à portée libre du monde. Selon l’Institut Buckminster Fuller en 2010, les dix plus grands dômes géodésiques du monde sont:

Seagaia Ocean Dome (Miyazaki, Japon (31.9551 ° N 131.4691 ° E), 216.5 m (710 pi) – Démoli en 2017.
Dôme de Nagoya (ナ ゴ ヤ ド ー ム): Nagoya, Japon (35.1859 ° N 136.9474 ° E), 187.2 m (614 ft)
Superior Dome: Université Northern Michigan. Marquette, Michigan, États-Unis (46.5603 ° N 87.3938 ° O), 163.4 m (536 ft)
Tacoma Dome: Tacoma, Washington, États-Unis (47,2367 ° N 122,4270 ° O), 161,5 m (530 ft)
Walkup Skydome: Université de l’Arizona du Nord. Flagstaff, Arizona, États-Unis (35.1805 ° N 111.6529 ° O), 153 m (502 ft)
Ensphere de Round Valley: Springerville-Eagar, AZ, États-Unis (34.1204 ° N 109.2849 ° O), 134 m (440 ft)
Ancien hangar à l’épinette d’épinette: Long Beach, Californie, États-Unis (33.7513 ° N 118.1889 ° O), 126 m (413 ft) – Maintenant détenue par Carnival Cruise Line.
Centre de stockage de Formosa Plastics: Mailiao, Taiwan (23.7921 ° N 120.1840 ° E), 122 m (400 ft) – Six dômes.
Installation de maintenance des wagons-citernes Union: Baton Rouge, Louisiane, États-Unis (30,5827 ° N 91,2344 ° O), 117 m (384 pi) – Démolie en 2007.
Installation de stockage de ciment Lehigh Portland: Union Bridge, Maryland, États-Unis (39,5590 ° N 77,1718 ° O), 114 m (374 ft)

Un autre grand dôme au Venezuela a été omis sur la liste originale de l’Institut Fuller, tandis que deux autres construits plus tard sont également maintenant dans le top 10. Actuellement, plusieurs dômes géodésiques ont un diamètre supérieur à 113 m.
Poliedro de Caracas («Caracas Polyhedron Arena»), Caracas, Venezuela (10.4338 ° N 66.9385 ° O), 143 m (469 ft)
Mine San Cristóbal (MSC) Dôme, Municipalité de Colcha « K », Bolivie (21.1246 ° S 67.2096 ° O), 140 m (460 ft)
Dôme de la raffinerie de Ruwais, Ruwais, Émirats arabes unis (24.1459 ° N 52.7392 ° E), 135 m (443 pi)