Un premier démonstrateur extérieur composé d’éléments de façade réactifs

Il aura fallu plus d’une décennie de recherches menées par l’ITKE et l’ITFT de l’université de Stuttgart pour aboutir au système FlectoLine. Composé de mécanismes élastiques déformables sans charnières, éliminant la complexité mécanique et les contraintes géométriques typiques de systèmes plus conventionnels de contrôle solaire, ce système est complété par un dispositif de contrôle avancé qui apporte des réponses adaptées à l’utilisateur et à l’environnement. Ces réponses sont enregistrées pour éduquer un algorithme d’apprentissage automatique capable de prédire les actions idéales face à différents scénarios.

Couvrant une surface de 83,5 m², FlectoLine agit en temps réel comme une protection solaire active et adaptative, permettant d’accroître le confort des occupants, mais également comme un système de production d’énergie électrique photovoltaïque (BIPV). Le système optimise le confort intérieur tout en ajustant simultanément l’orientation des cellules photovoltaïques pour maximiser la production d’énergie solaire.

Actionnement intégré

FlectoLine se compose de plaques composites renforcées de fibres (en forme d’ailes) pesant chacune 3 kg, avec des zones d’articulation intégrées spécialement conçues pour fonctionner avec des actionneurs pneumatiques intégrés (petits coussins). La structure du matériau composite est partagée en une partie plus rigide en-dessous de l’actionneur et une partie plus souple au-dessus de l’actionneur ; sous l’effet de la pression, le coussin se déforme plus fortement dans la partie de la plaque plus souple, entraînant la flexion de l’ensemble de l’aile dans cette direction. Aucune liaison mécanique n’est nécessaire entre les éléments de pliage et le mécanisme d’actionnement. Les zones de charnières flexibles ne nécessitent qu’une faible pression (0,3 à 1,5 bar) pour atteindre des positions angulaires de 0° à 90°. Pendant le processus de pliage, l’énergie élastique est accumulée et emmagasinée dans les zones de charnière flexibles, ce qui permet au module de revenir à sa position initiale dès que la pression est relâchée.

Un démonstrateur éprouvé

FlectoLine a été soumis à plusieurs essais de résistance aux intempéries et au feu afin de s’assurer que les propriétés mécaniques et l’aspect restent stables pendant au moins quinze ans, et que les composants répondent au moins aux exigences de la classe de feu B2 ; les composants ont également été soumis à un essai de résistance au vent au cours duquel la charge de vent maximale attendue dans différentes directions a été appliquée. Pour garantir la longévité des éléments, chaque système a été soumis à des essais cycliques sous actionnement pneumatique pour une flexion jusqu’à 90° sur 20 000 cycles.

Système de contrôle, réactivité de l’utilisateur et de l’environnement

Pour contrôler efficacement les performances de la façade réactive, un jumeau numérique permet de simuler en temps réel les comportements thermiques et lumineux ainsi que la production d’énergie à partir des cellules photovoltaïques intégrées. Il recueille les données en temps réel grâce à des capteurs intégrés, notamment les niveaux d’éclairage intérieur grâce à des capteurs de lumière, les niveaux d’éclairage extérieur grâce à des capteurs d’exposition solaire, la température intérieure grâce à des capteurs de température distribués et les conditions de vent grâce à des anémomètres situés sur la façade. Des données prévisionnelles, telles que des prévisions météorologiques détaillées (rayonnement solaire, couverture nuageuse, température, vitesse du vent et précipitations) provenant d’interfaces de programmation d’applications (API) météorologiques et des prévisions de la demande d’énergie basées sur l’utilisation antérieure, sont également intégrées dans le système. À l’aide de ces données, l’algorithme optimise trois aspects du confort intérieur : l’éclairage pour une luminosité adéquate, la minimisation de l’éblouissement et la régulation thermique, tout en maximisant la production d’énergie photovoltaïque. Le système calcule les angles optimaux des panneaux en analysant en permanence les données en temps réel et les prévisions, ce qui garantit un fonctionnement efficace tout au long de la journée et permet d’équilibrer le confort des occupants, l’efficacité énergétique et la production d’énergie renouvelable.

Des renseignements complémentaires et le détail de l’équipe de projet peuvent être collectés sur le site de l’université de Stuttgart – Institute of Building Structures and Structure Design à l’adresse suivante : www.itke.uni-stuttgart.de

Rédaction : ITKE - Traduction, adaptations et compléments : Régis Bigot, architecte & Innovation Project Manager chez Neobuild GIE
Copyright photos : ITKE / ITFT Université de Stuttgart

Article paru dans Neomag #73 - septembre 2025