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Castro Mello conçoit un stade de la Coupe du Monde 2014 avec NVIDIA Maximus

Lorsque le Brésil a été sélectionné pour accueillir la Coupe du monde de football 2014 et les Jeux Olympiques de 2016, la plupart de ses stades étaient délabrés. À Salvador, dans l’état de Bahia, sept spectateurs ont même perdu la vie dans l’effondrement d’une partie du stade de Fonte Nova. Dans une étude réalisée récemment, Vicente Castro Mello, propriétaire de troisième génération de Castro Mello Architects, la première société d’architecture sportive du Brésil, a mis en avant les défauts de conception et les dangers liés à l’intégrité structurelle des stades de son pays. Données en main, il s’est associé à Ian McKee, fondateur du cabinet d’expertise-conseil en structures sportives vertes EcoArenas. Ensemble, et dans l’optique de la Coupe du monde 2014, ils rédigent le plan CopaVerde, qui va mener au plus grand chantier de construction écologique jamais mis en œuvre.


« Nous savions qu’avec la Coupe du monde 2014, la Copa America 2015 et les Jeux Olympiques de 2016, nous avions une opportunité de redéfinir les standards de construction des stades à travers le monde pour les rendre plus respectueux de l’environnement. Nous savions également que nous ne pourrions pas y parvenir sans nous conformer à un standard mondial réputé, et c’est pourquoi nous avons demandé la certification LEED¹ », explique Ian McKee. « La puissance de calcul phénoménale des stations de travail NVIDIA Maximus a été un facteur crucial de notre réussite. »

Les stations de travail équipées de NVIDIA® Maximus™ ont joué dans cette entreprise un rôle primordial en facilitant la création et la révision de plans en haute qualité grâce auxquels Castro Mello Architects et EcoArenas ont atteint leur but : à savoir concevoir à Brasilia, capitale du Brésil, le premier stade au monde éligible pour LEED Platinum.

¹Évaluation LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) définie par le Conseil du bâtiment durable des États-Unis.

Défi

Des centaines de sociétés d’architecture sportive dans le monde étaient en concurrence pour avoir la chance de concevoir l’un des nombreux nouveaux stades du Brésil. Castro Mello Architects a remporté la conception du très convoité « Estádio Nacional de Brasilia ». Déterminée à montrer au monde que les stades de pointe peuvent constituer des exemples de constructions écologiques et rentables, l’équipe allait devoir inventer des solutions ingénieuses afin d’optimiser l’efficacité du bâtiment en termes, notamment, de consommation d’énergie et d’eau, de gestion des déchets et de transport.

Pour améliorer l’expérience du spectateur, optimiser la conception globale du stade et réduire son impact sur l’environnement, plusieurs phases de test ont été conduites sur l’éclairage, le climat, la ventilation et les matériaux. Pour ce faire, des centaines d’images numériques ont dû être générées au moyen de calculs complexes.

Lorsque Castro Mello Architects a commencé à développer son projet, ses stations de travail étaient des Dell Precision T7500 équipées de GPU grand public, d’Autodesk Revit pour la conception et d’Autodesk 3ds Max pour les rendus. Un architecte commençait par créer des structures en 3D via Revit. Ensuite, un second architecte reprenait ces structures sur une autre station de travail pour procéder à des tests de lumière naturelle avec Autodesk 3ds Max. Il les modélisait enfin sur le CPU pour définir comment construire le stade afin de profiter au maximum de la lumière du jour, paramètre essentiel dans le cadre d’une certification LEED.

« Ces systèmes n’offraient pas une puissance suffisante pour créer des images à partir de nos plans de manière efficace », confie Castro Mello. « Il nous fallait huit heures pour générer une simple image et il nous était impossible de visualiser et appliquer des modifications sans compromettre notre planning. Si notre modèle avait un défaut, nous ne nous en rendions parfois compte qu’après avoir perdu toute une nuit à générer un rendu, et nous perdions une journée supplémentaire à corriger le problème. »

Solution

Pour concevoir le stade et son toit de manière optimale, Castro Mello et EcoArenas ont commencé par mener une étude bioclimatique du Brésil afin de mieux en connaître le climat.

« Lors de ma phase d’étude climatique, j’ai appris que certains météorologues et scientifiques dont l’activité nécessite une grande puissance de calcul utilisaient des GPU NVIDIA Tesla. Déjà équipés de cartes Quadro, nous avons ajouté à nos stations de travail des cartes Tesla afin de les porter au niveau d’une configuration Maximus. Nous voulions savoir dans quelle mesure le temps de création de nos rendus serait réduit », explique Castro Mello. « La différence était colossale. En travaillant dans 3ds Max et en tirant parti du logiciel de rendu iray accéléré par les GPU NVIDIA, nous étions capables de générer des images de test en trente secondes. Jusque-là, c’était une opération qui pouvait demander jusqu’à huit heures de travail au CPU. »



L’opportunité offerte aux architectes de Castro Mello est inespérée. Trois d’entre eux se mettent immédiatement à l’œuvre sur les stations de travail Maximus. « Nous devions faire des tests complets avec la course du soleil et les changements de luminosité. L’analyse des informations obtenues nous a permis de définir plusieurs changements de conception afin d’optimiser l’utilisation des ressources naturelles. Cette opération nous a aidés à réduire de manière significative l’empreinte énergétique du stade », poursuit Castro Mello.

Adopter les stations de travail Maximus a également permis aux architectes de Castro Mello d’exécuter à la fois Revit et 3ds Max avec iray sur un même poste, et ainsi d’accroître considérablement la vitesse et l’efficacité de leur travail. Les concepteurs ont alors eu la possibilité de procéder à des tests de lumière naturelle avec 3ds Max ou à des analyses d’impact énergétique avec Ecotect, puis d’apporter instantanément les modifications nécessaires grâce à Revit. Ainsi optimisé, le processus a gagné en rapidité et permis d’achever le projet à temps tout en offrant un maximum de caractéristiques écologiques.

Outre les études sur la luminosité, l’analyse informatique et les rendus qui en résultent ont été utiles pour démontrer de quelle manière le stade allait pouvoir récupérer et réutiliser l’eau de pluie, améliorer la circulation de l’air et la ventilation, réduire la production de déchets, et ont permis de faire des essais de couleurs, de motifs et de matières sur les sièges des gradins.

Impact

À l’avant du projet, le plan CopaVerde a incité la FIFA à exiger l’inclusion d’une certification écologique à tous les concepts présentés. À ce jour, dix des douze nouveaux stades sont en attente d’une certification LEED, l’Estádio Nacional de Brasilia de Castro Mello (qui devrait être achevé en février 2013) visant la plus haute distinction : Platinum.

Grâce à la technologie NVIDIA Maximus, Castro Mello Architects a apporté quelques modifications inattendues aux plans initiaux de son stade. « Après avoir observé la lumière du soleil et ses reflets pour déterminer où la chaleur allait frapper le bâtiment, nous avons réalisé que le simple fait de supprimer les vitres des loges VIP et de les remplacer par des patios limitait considérablement l’accumulation de la chaleur solaire et réduisait les besoins internes en air conditionné », explique Castro Mello.

Grâce à ses recherches et aux stations de travail Maximus, l’équipe a également pu développer un système de drainage et de traitement des eaux de pluie de l’ensemble du site, réutilisées ensuite dans les toilettes, l’irrigation du terrain et le nettoyage du stade. La consommation d’eau potable est ainsi considérablement réduite. En outre, le stade compte parmi ses caractéristiques écologiques le plus grand système photovoltaïque solaire au monde, avec une capacité de 2544 MW.

En se basant sur ces données, EcoArenas LLC estime que le stade de Brasilia permettra de réaliser des économies d’énergie de l’ordre de 120% par an, devenant ainsi le premier stade « Net Zero Energy » (à consommation d’énergie nulle) au monde, et des économies d’eau potable de plus de 80%.

« La vitesse de travail et la possibilité de visualiser et de réviser nos plans en temps réel sur une même station ont été essentielles au projet. C’est véritablement à ce niveau que nous avons tiré parti de l’augmentation de notre puissance de calcul, en pouvant faire des choix cruciaux de conception dans la foulée », conclut Castro Mello. « Nous sommes une équipe relativement réduite, six architectes seulement, mais armés de la meilleure technologie, nous sommes capables d’être compétitifs à l’échelle mondiale. Sur le marché, des équipes modestes mais qualifiées peuvent désormais rivaliser avec des sociétés d’architecture de plus grande ampleur. La possibilité de procéder à des changements de conception aussi rapidement grâce aux stations de travail Maximus a été fondamental dans la conception de ce qui sera, nous l’espérons, le stade le plus écologique au monde. »