Les mathématiques vont-elles remplacer les architectes ?

Algorithmes et Architecture

« Toute forme construite se confronte à des formes naturelles. L’intérêt pour les formes naturelles conduit à les considérer comme le résultat de processus génératifs. L’invention de la forme devient alors l’invention non d’un résultat mais du processus lui-même. »

Marie-Pascale Corcuff dans Penser l’espace et les formes, Thèse de doctorat de l’université de Rennes, 2007

Architecture

Le travail d’un architecte est avant tout celui d’un concepteur. Dans un premier temps sa mission est d’imaginer un objet ou un ensemble d’objets dans le but de répondre à un problème posé. Au cours de ses projets, ce concepteur transforme l’espace, manipule la matière, et efface dans une certaine mesure l’environnement existant au profit d’un autre. Ceci implique que l’une des principales caractéristiques du travail de l’architecte, comme tout concepteur, est de prévoir les conséquences et l’impact de telle ou telle transformation.

Dès lors, le travail de conception implique au moins deux choses.

1)Intégrer le problème posé, c’est-à-dire le reformuler, le réinterpréter, le décortiquer.

2) Donner forme à des intentions de solution, c’est-à-dire faire des maquettes physiques, numériques, des dessins, des plans, etc…

Lors de ces deux phases, le concepteur exprime sa manière de voir le monde, de le décrire, de le comprendre. Tout d’abord en réinterprétant le problème, le concepteur ne fait que l’exprimer avec ses mots, ses idées. Et en proposant une solution, il exprime encore ses idées, son pont de vue. Le tout n’est ni plus ni moins qu’une affaire d’expression.

Et quand on s’exprime, on choisit d’employer un langage plutôt qu’un autre, qui traduit un point de vue plutôt qu’un autre, une manière spécifique de décrire les choses et donc de les comprendre. C’est pourquoi le langage utilisé pour décrire et comprendre le monde est décisif pour un projet d’architecture. Ceci explique aussi pourquoi l’art et l’architecture sont des affaires de culture, d’expression.

Avec l’avancée des mathématiques, et par conséquent, de l’informatique, l’outil numérique a offert aux concepteurs un nouveau terrain de jeu pour expérimenter et concevoir. Mais n’est-il pas nécessaire de comprendre l’origine du fonctionnement d’un outil, afin d’en tirer le meilleur profit ?

Dans la revue Architectural design, (2011,juil./août) vol.81:n°4, « Mathematics of space / guest-edited by George L LEGENDRE », Antoine Picon explique que lorsque la géométrie fut remplacée par le calcul, il en a résulté un éloignement avec l’architecture.

Cela semble vouloir dire que le calcul désormais effectué par des ordinateurs puissants a éloigné l’architecte des mathématiques et notamment de la compréhension intuitive de l’espace par les mathématiques.

Algorithmes

« L’utilisation des algorithmes pour modéliser l’objet en conception peut apporter au moins deux avantages : permettre la description de la règle ou du processus de génération à la place de représenter une de ses instances ; et avoir la possibilité de produire de multiples variations en intervenant sur la description du processus, ainsi stimulant l’exploration de l’objet en conception. »

Ivanka Iordanova dans Assistance de l’enseignement de la conception architecturale par la modélisation de savoir-faire des référents, Thèse de doctorat de l’Université de Montréal, école d’architecture, 2008

Il existe de nombreuses définitions du mot « algorithme ». On pourrait expliquer cela par le fait qu’il existe plusieurs familles ou catégories d’algorithmes. Nous tenterons ici d’en donner la définition la plus complète :

Un algorithme est une procédure qui a pour but de donner un résultat permettant de répondre à un problème posé ou qui a pour but d’exécuter une tache particulière, et cela au travers d’une suite finie et ordonnée d’instructions bien définies et non ambiguës, qui transforme des variables d’entrée en de nouvelles variables de sortie qui peuvent être de nature différente.  .

Quand on parle d’algorithmes, deux exemples sont couramment cités : l’algorithme d’Euclide vers -300 av JC permettant de trouver le « P.G.C.D. » (plus grand diviseur commun) de deux nombres entiers, et la recette de cuisine, qui a pour but l’élaboration d’un plat en particulier.

De ce fait l’utilisation des algorithmes réintroduit une nouvelle fois cette notion de calcul dans la conception architecturale, puisqu’elle implique  d’énoncer des règles et des définitions de la manière la plus rigoureuse et la plus logique qui soit afin de produire un ensemble de résultats.

Les algorithmes nous façonnent, autant qu’ils façonnent le monde et tout ce qui s’y trouve. La plupart des sociétés actuelles sont marquées par une propagation de la culture numérique dans laquelle ces derniers sont omniprésents.

Quand on y regarde attentivement, les algorithmes sont partout. Depuis la production et la reproduction des cellules de tout être vivant jusqu’au code dans nos téléphones portables chargés de récolter et d’analyser nos données personnelles.

Les algorithmes sont sans doute une des conséquences de la rationalité de l’homme, de son aptitude à décortiquer un problème en différentes étapes simples et élémentaires qui peuvent être ensuite facilement exécutées.

Par conséquent on voit bien qu’un algorithme est écrit de manière à communiquer/transmettre le moyen d’élaboration d’une tache précise. Le but est donc bien de faire effectuer une tache particulière à toute personne ou chose capable de l’exécuter. Ceci met déjà en lumière l’un des enjeux principaux de l’utilisation des algorithmes, qui est celui de l’interface qui relie, l’émetteur des instructions et de la tâche à accomplir, et le récepteur qui les exécute. Lorsque le récepteur qui exécute les commandes est une machine, on parle tout simplement d’interface Homme/Machine.

Algorithmes et Architecture

« Process is more important than outcome. When the outcome drives the process we will only ever go to where we’ve already been. If process drives outcome we may not know where we’re going, but we will know we want to be there ». Bruce Mau dans Incomplete Manifesto for Growth, 1998.

« Le processus est plus important que le résultat. Lorsque le résultat guide le processus, nous finirons toujours où nous sommes déjà allés. Si le processus guide le résultat, il se peut que nous ne sachions pas où nous allons, mais nous saurons que nous voulons y aller ».

Depuis leur apparition, les programmes informatiques et les machines qui les exécutent sont chaque jour de plus en plus puissants et performants.  Notre société est de plus en plus informatisée, ce qui implique que de plus en plus de problèmes et de taches sont et vont être gérées par des algorithmes.

Ce tournant informatique s’explique sûrement par le fait que les machines sont capables d’exécuter des taches calculatoires de manière plus rapide, sans se distraire, ne se fatiguent pas, ne demandent pas de rémunération ni de conditions de travail. Dans ce contexte leur développement et leur emprise semble inévitable.

A titre d’exemple, la maitrise d’outils algorithmiques tel que Grasshopper (Composant du logiciel de modélisation 3D Rhinoceros 3D) est de plus en plus appréciée voire demandée dans les agences d’architecture.

En effet, l’outil informatique a permis aux architectes et concepteurs d’explorer plus que jamais des formes basées sur le calcul et sur l’exécution de processus complexes de génération de forme.

Ce nouvel outil transforme complètement la manière de dessiner et de générer la forme. En introduisant la notion de paramètres, de données mesurables et traitables par la machine, il ne s’agit plus d’ajouter des signes les uns après les autres sur le support de dessin (logique additive), mais de les associer entre eux. De cette manière l’outil algorithmique impose d’instaurer ce qu’on appelle la logique associative dans le dessin de telle sorte que la variation d’un élément fasse aussitôt varier les autres.

Au final il s’agit tout simplement d’apprendre à maîtriser un nouvel outil. C’est pourquoi l’utilisation de l’outil algorithmique rapproche très certainement l’architecte d’un raisonnement mathématique, et notamment d’une compréhension plus mathématique de l’espace et des formes qui nous entourent. Car l’outil informatique offre parfois plus de contrôle dans la manipulation et la génération de la forme, mais l’utilisation ou l’élaboration de tels processus impose une importante rigueur.

Il s’agit maintenant de dialoguer avec la machine et de lui transmettre des instructions qui généreront la forme. Il y a donc une étape indispensable de traduction des intentions et principes architecturaux vers des informations traitables par la machine. Ceci a pour conséquence d’instaurer un dialogue complexe entre une machine calculatoire (l’ordinateur) et une machine cognitive (le cerveau humain).

Le diagramme paramétrique est une interface de « code visuel » et non textuel comme la plupart des interfaces de code classiques et semble être la solution actuelle la plus adaptée aux domaines de la conception, en rendant plus accessible ce dialogue Homme/Machine aux utilisateurs non experts. Et même si des innovations améliorant ce dialogue sont possibles grâce au Machine Learning et aux AGI (Algorithmes Génétiques Interactifs), le dialogue Homme/Machine demeure quelque chose de terriblement complexe.

C’est pourquoi l’utilisation des mathématiques est fondamentale. D’une part, car c’est la langue qui permet le mieux de comprendre les processus exécutables par les machines. D’autre part, utiliser cette langue pour comprendre et décrire l’espace c’est voir comment les formes sont générées et comprendre que la logique associative est au cœur de la morphogenèse naturelle.

Utiliser l’outil algorithmique permet donc un rapprochement entre l’espace de conception et le monde réel régit par des forces et des règles d’interrelation entre les éléments. Ainsi les algorithmes permettent de simuler des processus, des cas de figure, des environnements, des solutions possibles. Les modèles générés sont ainsi utiles pour comprendre, expliquer, prédire et adapter les décisions lors du processus de conception.

Par ce procédé génératif, le concepteur peut nourrir son inspiration, confronter ses idées aux lois du monde réel ou chercher à optimiser le plus possible les performances de l’objet d’étude.

Cependant, toutes ces méthodes ont besoin de récolter des données pour fonctionner. C’est pourquoi la manipulation des données est une notion cruciale pour le bon fonctionnement des processus algorithmiques dans le cadre d’un projet d’architecture.

Il est important de toujours garder en tête les notions de temps et de puissance de calcul ainsi que celle du type de donnée pris en charge par le processus.

Dans bien des cas, la conception du processus peut même dépasser la conception de l’objet lui-même. Il s’agit alors de faire de la conception du processus la finalité du projet de conception.

Faire le choix d’utiliser l’algorithmique, c’est aussi faire le choix de perdre une partie du contrôle sur le résultat final. En contrepartie, les multiples formes générées nourrissent l’inspiration des concepteurs et débouchent sur une forme de sérendipité.

Employer les algorithmes en architecture c’est parler un nouveau langage architectural dont l’alphabet est composé d’un ensemble de transformations géométriques.  De cette manière il est possible d’écrire de nouvelles phrases architecturales, de nouvelles histoires, pour créer une nouvelle architecture, prenant place dans un nouveau monde.

Cet article se nourrit en très grande partie d’une réflexion menée et rédigée sous la forme d’un mémoire de Master à L’ENSA Nantes, « Algorithmes et Architecture », Sergio SOTO CAMARGO, juin 2020.

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