Le Dôme Géodésique, c’est Quoi? Historique, Usages Pratiques, Avantages, Prix

Article actualisé le 2 Avril 2021.

Le dôme géodésique attire toujours l’attention. Il se distingue de la plupart des abris aux formes plus classiques car il mêle design, élégance et fonctionnalité.

Quand on le regarde, on est souvent fascinés par sa forme non conventionnelle, son harmonie, sa géométrie exceptionnelle et sa beauté.

L’objet de cet article est de donner un aperçu du dôme géodésique en abordant l’invention en elle-même, ses avantages, les techniques de construction et les meilleures utilisations possibles pour cette forme architecturale insolite.

On peut voir certains des plus gros et plus remarquables dômes du monde dans des lieux publics, tels que les jardins botaniques, les musées ou les parcs de loisirs.

Voici deux exemples:

Telus World of Science – Vancouver, Canada:

Dome géodesique en verre au Musée Dali, Figueres, Espagne:

Usages pratiques du dôme géodésique en architecture

Si on énumère ses utilisations les plus courantes, il apparaît qu’on utilise le dôme géodésique à des fins assez variées et parfois en raison de son effet époustouflant.

Parmi ces emplois pratiques on peut citer: la maison géodésique (aussi appelée maison bulle ou maison dôme), la serre géodésique (serre dôme), la tente géodésique (appelées aussi tente dôme), les chambres d’hôtel en extérieur, les jardins d’hiver, les volières, les studios photos, les pergolas, les abris de jardin, les bungalows, les salles de classe en extérieur, les cafétérias, les salles de yoga, les salles de jeu pour enfants, les boutiques pop-up…

Si on remonte aux origines, le premier dôme géodésique fut créé en 1922 à Iena, en Allemagne, il s’agissait d’une surface pour un projecteur de planétarium de marque Zeiss.

Plus tard, l’architecte américain R. Buckminster Fuller développa l’idée et fit breveter la structure. Depuis, les dômes géodésiques jouissent d’une popularité grandissante et représentent aujourd’hui une vraie grande tendance.

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Les principaux avantages d’un dôme géodésique 

Le dôme étant considéré comme un type de Géométrie Sacrée, de nombreuses caractéristiques mystiques lui sont attribuées.

On dit que toute personne se trouvant à l’intérieur d’une structure en forme de dôme sera mieux connectée à l’univers et à l’énergie cosmique, et se sentira comme dans le ventre maternel.

On croit également qu’un dôme aiderait les deux hémisphères cérébraux à mieux se connecter et à s’harmoniser en créant un état particulier de relaxation pour le cerveau.

Tous ces avantages spirituels et énergétiques mis à part, il en existe d’autres bien plus tangibles.

• UN COÛT INITIAL PLUS BAS

Une forme en dôme permet d’entourer le maximum d’espace avec le minimum de surface, réduisant ainsi les coûts matériels et énergétiques nécessaires à la construction et à la climatisation

• UNE EXCELLENTE VENTILATION

Le dôme étant une surface sphérique, la ventilation y est excellente. L’air y circule de façon continue du bas vers le haut et le centre, réduisant ainsi la prolifération de l’humidité, des champignons ou des bactéries.

• UNE ACOUSTIQUE IMPECCABLE

L’acoustique à l’intérieur du dôme est phénoménale, et particulièrement appréciée des musiciens

• UN ESPACE INFINI

Une sensation d’espace infini, en l’absence de piliers ou de colonnes.

• UNE GRANDE ROBUSTESSE

Une grande résistance aux tempêtes, aux tremblements de terre, à la neige et aux vents violents d’ouragans et même de tornades. C’est la raison pour laquelle de nombreux dômes ont été construits en Antarctique.

Mais c’est quoi, exactement, un dôme géodésique? Structure technique.

Une sphère géodésique est un assemblage de polygones en forme de sphère. Un dôme géodésique est une partie d’une sphère géodésique. Les bâtiments ou les toits sont construits à partir de dômes géodésiques qui représentent 5 à 100 % d’une sphère.

Les dômes utilisés pour les maisons sont généralement des séries de triangles qui représentent les 3 ou les 5 huitièmes d’une sphère géodésique.

Les dômes géodésiques sont des structures efficaces à de nombreux égards.

Le triangle est une forme très stable. Par exemple, une force appliquée dans le coin d’un rectangle pourra le déformer et le transformer en parallélogramme, mais la même force ne déformera pas un triangle.

C’est ce qui rend les dômes géodésiques très résistants, notamment contre les chutes de neige, les séismes, le vent et même les tornades.

La surface d’un dôme géodésique ne fait que 38 % de la surface d’un bâtiment en forme de cube ayant le même espace au sol. Ces bâtiments ont moins de surface exposée aux fluctuations des températures extérieures, ce qui les rend moins sensibles à la chaleur et au froid qu’une structure parallélépipédique.

Les dômes géodésiques peuvent être construits rapidement sans gros équipement. En utilisant des composants préfabriqués, seuls quelques personnes sont nécessaires pour ériger un dôme d’habitation de 2.000 pieds carrés (185 m²) en 10 heures voire moins.

Un dôme géodésique se soutient lui-même sans nécessiter de colonnes ni de murs porteurs intérieurs. Cette propriété rend ces structures très adaptées aux églises, arènes sportives et halls d’exposition.

L’attrait esthétique du plafond haut les rend également très attractives en tant qu’habitations et des 1ers étages entiers ou partiels peuvent facilement être suspendus à mi-hauteur sans aucun support autre que le système d’attache au dôme lui-même.

Historique: invention et popularisation du dôme géodésique.

Le 1er dôme géodésique:  Iena, Allemagne.

En 1919, alors qu’il cherchait un moyen de construire un planétarium plus grand, l’ingénieur allemand Walter Bauersfeld décide de monter des projecteurs mobiles à l’intérieur d’un dôme stationnaire.

Jusqu’à cette époque, les dômes des planétariums effectuaient une rotation quand la lumière extérieure entrait par les trous situés sur la coque du dôme pour simuler les étoiles et les planètes. Mais cela limitait la taille du dôme et le nombre de personnes qu’il pouvait accueillir.

Le concept de projection intérieure de Bauersfeld devait fonctionner dans un dôme plus grand. Le premier modèle construit faisait plus de la moitié d’une sphère et 16 mètres de diamètre.

Bauersfeld résolut le problème de savoir comment construire une si grande sphère en s’en approchant grâce à un icosaèdre (solide à 20 faces triangulaires égales) et en subdivisant chaque côté en triangles plus petits.

Il élabora les triangles à partir de près de 3.500 tiges de fer fines. Pour construire une coque sphérique sur ce cadre, il construisit une forme sphérique en bois à l’intérieur du cadre et y vaporisa une mixture pâteuse.

La coque fut conçue selon les mêmes proportions en termes de finesse qu’une coquille d’œuf par rapport à son diamètre, un ratio qui plus tard sera considéré comme particulièrement adapté aux dômes géodésiques.

R. Buckminster Fuller – l’architecte américain inventeur officiel du dôme  géodésique

Trente ans plus tard, R. Buckminster Fuller, un architecte, ingénieur, poète, et philosophe américain, inventa de façon indépendante un système structurel similaire.

Après la Seconde Guerre Mondiale, Fuller voulut créer un espace habitable abordable et efficace qui puisse être construit rapidement avec des composants produits en masse.

Ouvert à des approches non conventionnelles, Fuller travailla tout d’abord avec des formes sphériques car celles-ci permettaient d’entourer un espace donné avec un minimum de surface.

Il commença par encadrer les sphères à l’aide d’un réseau de bandes approximant de grands cercles (des cercles sur une sphère dont les centres coïncident avec le centre de la sphère); les bandes formaient des triangles lorsqu’elles se croisaient les unes les autres.

Il nomma son produit « dôme géodésique », les grands cercles étant connus sous le nom de géodésiques (du mot grec signifiant « diviser la terre »). Enfin, Fuller commença à former des sphères à partir d’hexagones et de pentagones (comme les facettes d’un ballon de football) et à les diviser en triangles pour la robustesse et la facilité de construction.

En 1953, Fuller utilisa son nouveau système pour recouvrir une cour de 28m de diamètre entourée par l’immeuble du quartier général de l’entreprise Ford.

L’immeuble n’était pas fait pour supporter le poids important d’un dôme traditionnel, mais la création de Fuller pesait 95% de moins. Il réalisa le design et la construction en seulement trois mois.

Un mât temporaire érigé au centre de la cour soutint le dôme durant la construction, et la structure fut élevée de façon incrémentale et pivotée après la complétion de chaque nouvelle section.

La structure consistait en 12 000 entretoises en aluminium, pesant un total de 3 750 lb (1700 kg), connectées pour former des triangles, puis soulevées, mises en place et rivetées à la structure grandissante.

Une fois le dôme réalisé, celui-ci fut doucement abaissé sur des montants installés sur l’immeuble existant. Un panneau en fibres de verre transparentes fut alors installé dans chaque triangle afin d’achever le dôme. En 1954, Fuller reçut un brevet sur les dômes géodésiques.

COMMENT CONSTRUIRE UN DÔME GÉODÉSIQUE?

Vous pouvez choisir d’acheter un dôme géodésique auprès d’un fabricant qui en vend ou vous pouvez choisir d’en construire un vous-même à l’aide d’un kit de montage. Pour des projets plus petits comme une sere dôme, un igloo de jardin, une cage à oiseaux, un dôme pour les enfants, vous  pouvez utiliser le kit de connecteurs Hubs. Lisez l’article complet ici.

Acheter un dôme géodésique

L’achat d’une maison dôme, d’une serre dôme, ou d’un dôme géodésique pour jardin par exemple est une option attrayante car elle vous permet de spécifier exactement ce que vous souhaitez sans avoir à vous donner la peine, si peine il y a, d’ériger la structure.

Il y a de nombreux fabricants de dômes géodésiques partout dans le monde, y compris en France, en Belgique, en Suisse, au Canada.

Les prix  peuvent varier beacoup en fonction des dimensions du dôme, du design (type de fréquence), des matériaux utilisés (bois, acier, plastique, plaque de plâtre, carton, aluminium, béton, bambou, papier, pvc, toile, paille, matériaux recyclés), du type d’isolation etc.

Construire un dôme géodésique par vous-même?

La deuxième option est le choix naturel pour ceux qui aiment  construire de grandes choses. Nous examinerons ce que la construction d’un dôme géodésique implique, ainsi que les différentes éléments qui doivent être  utilisées dans ce but.

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Le Design

De la même façon que tracer un plan constitue la genèse de la construction d’un immeuble contemporain, la préparation du design constitue le point de départ de la construction d’un dôme géodésique.

Différents designs peuvent être utilisés pour les dômes géodésiques, ce qui a pour conséquence une variété de types de dômes géodésiques. Le design le plus simple est celui d’un icosaèdre à 20 faces en forme de triangles équilatéraux.

Ces triangles peuvent à nouveau être divisés en de plus petits triangles. D’autres designs utilisent un nombre différent de triangles équilatéraux, isocèles ou les deux.

Un nombre plus important de triangles aboutira à un dôme géodésique plus grand. Des programmes informatiques sont souvent utilisés afin de trouver des designs encore plus complexes de dômes géodésiques.

Les Entretoises

Les entretoises désignent la série de tiges qui forment la structure d’un dôme géodésique. Celles-ci peuvent être faites d’alliages métalliques ou de bois.

Leur longueur va dépendre du type de dôme géodésique. Il en existe en effet différents types, de par la complexité du réseau des éléments triangulaires. À mesure que celle-ci augmente, la classe du dôme géodésique va également augmenter.

Les dômes géodésiques des classes les plus basses possèdent généralement des entretoises de longueur identique. Les dômes de classe plus élevée nécessitent des entretoises de longueurs différentes afin d’assurer la réalisation d’une sphère parfaite.

Heureusement, il existe des formules de calcul, consultables sur internet, qui vont aider à la détermination de la longueur des entretoises et des rayons des dômes géodésiques.

Les Matériaux

Vous pouvez choisir de recouvrir les panneaux triangulaires de bois, de plaque de plâtre, de plastique, de béton etc. Les différents matériaux aboutiront également à différents types de dômes géodésiques.

L’acier est le matériau le plus communément utilisé dans la fabrication des moyeux qui connectent le réseau d’entretoises (appelés aussi connecteurs ou raccords).

Certains dômes géodésiques sont faits de composants fabriqués avec du matériel recyclable, ce qui les rend encore plus écologiques.

Assemblage du dôme géodésique

Avant d’assembler tous les éléments, certaines vérifications s’imposent. Tout d’abord, les entretoises doivent être de la bonne longueur.

Ensuite, leurs extrémités doivent être aplaties, afin de s’assurer que celles-ci seront dans le même plan une fois attachées ensembles.

Enfin, ces extrémités aplaties doivent également être légèrement incurvées. Une formule existe afin de déterminer la courbure exacte nécessaire. Vous pouvez ensuite démarrer l’assemblage du dôme géodésique, du bas vers le haut.

Une fois la structure terminée, vous pouvez recouvrir les éléments triangulaires à l’aide du matériel de votre choix parmi ceux mentionnés précédemment.

Assembler un dôme géodésique est moins intimidant qu’il n’y paraît de prime abord. Il s’agit là d’une de ces choses qui sont plus faciles à faire qu’à dire.

Utiliser un kit pour dôme géodésique

Toutefois, ce qui peut simplifier votre tâche énormément est d’acheter un kit pour dôme géodésique. Un kit comprend d’habitude le plan de fabrication du dôme et les matériaux déjà préparés ensemble avec toutes les instructions nécessaires.

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Comment construire un dôme géodésique par vous-même – un  exemple et guide rapide. 

Utilisez ce calculateur pour dôme disponible en ligne ICI.

Voici un exemple de processus pas-à-pas pour la construction d’un dôme de 5 mètres de diamètre :

• Sélection et découpe du bois.
• Élaboration des triangles.
• Fondations et isolation du terrain.
• Assemblage de la structure.
• Revêtement avec des feuilles de matériel hydrofuge.
• Construction de la structure en acier pour l’élaboration de la porte.
• Placement du plancher et des fenêtres.

TRANSFORMATION DE L’ICOSAÈDRE EN UN DÔME GÉODÉSIQUE

Les dômes géodésiques sont conçus à partir d’un polyèdre appelé icosaèdre, composé de 20 triangles équilatéraux. En projetant les bords de ces triangles plats sur une surface sphérique, des triangles équilatéraux incurvés sont créés, et ainsi un dôme, ou dôme géodésique.

Comme on disait plus tôt, la construction d’un dôme géodésique est basée sur l’union de triangles, qui à leur tour forment des pentagones et des hexagones.

Ainsi, plus le nombre de triangles (et ainsi de pentagones et d’hexagones) est élevé, plus la taille de chaque figure est petite, et plus le dôme devient sphérique. Ceci s’appelle « la fréquence ».

Quelle fréquence choisir ?

Fréquence V4: c’est l’une des plus utilisées, car il s’agit d’une demi-sphère parfaite : si elle est placée sur une surface plane, tous les côtés de sa base y reposent, ce qui évite de nombreux problèmes lors de la construction. L’union de deux dômes V4 produirait une sphère complète.

Fréquence V3: la demi-sphère créée est imparfaite. Si elle devait être montée sur une surface plane, seules les extrémités des côtés de sa base seraient en contact avec le sol, rendant la construction plus complexe and instable.

Fréquence V5: elle crée également une demi-sphère parfaite, mais le nombre de triangles à fabriquer augmente considérablement. Cette fréquence n’est donc à priori intéressante que pour de larges dômes. Plus la fréquence est élevée, plus le nombre de triangles sera important et plus la structure sera robuste.

Conclusion

Pour résumer, voici à nouveau les avantages considérables des dômes géodésiques

La Forme Parfaite

Fuller croyait fermement que le dôme géodésique était la structure naturelle parfaite. Pourquoi ? Simplement parce qu’elle entoure la plus grande surface possible avec le moins de matériel possible.

Tout en demeurant en harmonie avec l’environnement, le dôme se soutient tout seul, sans aucune colonne interne ou murs. L’espace ouvert qu’il crée offre des possibilités infinies d’utilisation.

Assemblage Rapide

Observez un dôme géodésique et vous verrez qu’il ressemble à une sphère coupée en deux, ou à un hémisphère. Observez de plus près, et vous découvrirez qu’il est composé d’un réseau de triangles.

Ces supports triangulaires demeurent dans un état de tension permanente, rendant la structure quasiment indestructible. De nos jours, un dôme de 110 mètres carrés peut être construit par 4-6 personnes en moins d’une journée, les plus petits pouvant être assemblés en quelques heures.

Bien qu’en pratique il ne soit jamais possible d’obtenir une sphère parfaite en architecture, il est possible de s’en approcher de très près, et les dômes géodésiques sont des fractions quasi-idéales de telles sphères.

Efficacité

Si vous deviez créer deux structures de taille similaire, l’une rectangulaire et l’autre en forme de dôme, la seconde nécessiterait 30% de surface en moins. Qu’est-ce que cela signifie exactement ?

Vous auriez besoin d’1/3 de matériel en moins pour la construire (et elle serait plus robuste qu’une structure rectilinéaire). Cela signifie également que vous feriez des économies sur vos factures de chauffage et de refroidissement, la surface à chauffer ou à refroidir étant moins importante!

Extrême Robustesse

Les dômes géodésiques fascinent pour différentes raisons, et notamment pour leur durabilité exceptionnelle. Ils combinent une forme en arc robuste avec des triangles, la forme géométrique la plus robuste connue de l’homme.

Il en ressort une structure extrêmement résistante capable de supporter des charges massives. Grâce à leurs côtés fixés, les triangles formant la structure du dôme transfèrent les forces de façon plus égale via leurs côtés que d’autres formes.

On dit même des dômes géodésiques qu’ils ont mieux résisté à des feux et tremblements de terre que des structures basées sur une forme rectangulaire.

Légèreté

Revenons un instant au plus vieux planétarium au monde (et le premier dôme géodésique). La construction de Bauersfeld pour l’usine Zeiss devait être exceptionnellement légère—le dôme devait être placé sur le toit.

Il devait également être suffisamment large pour accueillir un nombre important de visiteurs, suffisamment arrondi pour apporter une bonne surface pour la projection cosmique, et suffisamment robuste pour supporter une tornade.

Et c’est exactement ce qu’il fit. La masse d’air s’accumule à l’intérieur et les forces sont réparties de façon égale à la surface.

Respect de l’environnement

À la lumière des effets tangibles du réchauffement climatique, les gouvernements votent des lois de plus en plus strictes afin d’imposer une empreinte environnementale la plus basse possible dans tous les domaines. Les dômes sont la solution.

Les ingénieurs en bâtiment vont très loin pour s’assurer que les designs des dômes ne laissent aucune place aux erreurs écologiques.

Les dômes suivent ainsi les principes de design éco-responsable et sont basés sur la notion de protection des ressources finies de la Terre.

Le but est d’optimiser leur utilisation sans perturber les processus naturels de la planète. Les dômes sont efficaces énergétiquement parlant, faits de matériaux recyclables et certains ne nécessitent pas l’utilisation de fondations—tout ceci afin de préserver l’équilibre naturel.

Ils connectent harmonieusement architecture, écologie et environnement, formant ainsi un exemple parfait de design durable profitant à l’humanité.

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