Architecture biomimétique : quand le bâti devient écosystème
L’architecture biomimétique offre à l’homme un nouveau prisme de développement dans un monde où les restrictions en termes de ressources deviennent indispensables. À l’aune d’une ère de développement durable, l’architecture biomimétique ouvre une nouvelle voie pour concevoir la ville de demain.
L’Architecture biomimétique dans un monde en constante évolution
L’architecture biomimétique, comme son nom l’indique, est grandement liée au biomimétisme (approche R&D qui consiste à s’inspirer de l’ingéniosité des mécanismes, propriétés et fonctions du vivant pour innover). L’architecture biomimétique est définie comme une approche de conception suivant des codes et règles retrouvées dans le monde du vivant afin de résoudre des problématiques fréquentes dans le domaine de l’architecture. Cela permet d’introduire au sein des bâtiments biomimétiques l’ingéniosité et la multifonctionnalité dont le vivant fait preuve.
L’architecture biomimétique, un pont entre l’Homme et la Terre
Au XXIème siècle, les secteurs de l’électronique et des technologies de communication sont en pleine croissance. En parallèle, ce dernier siècle a connu une autre rupture : celle de l’urbanisation mondiale. Depuis le milieu du XXème, la croissance urbaine a littéralement explosé sur toute la surface du globe (56% de la population mondiale actuelle vivent en ville contre 70% estimés en 2050 !). Alors qu’en 1950, la région d'Île-de-France abritait déjà plus de 6 millions d’habitants, elle dépasse le seuil des 10 millions d’habitants en 2005, pour atteindre plus de 12 millions aujourd’hui ! A une échelle plus grande, la population mondiale augmente chaque année d’environ 80 millions de personnes, on estime ainsi que la population urbaine mondiale atteindra les 9,6 milliards en 2050 ! L’architecture de certaines villes très denses et à la croissance démographique forte doit donc s’adapter, alors pourquoi ne pas s’inspirer du vivant via l’architecture biomimétique ?
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Attention tout de même à ne pas confondre design inspiré du vivant à but esthétique avec l’architecture biomimétique ! Malgré l’intérêt évidemment esthétique de reproduire des formes qui nous rappellent ce que nous observons de plus beau dans la nature, l’architecture biomimétique s’inspire surtout des fonctionnalités et propriétés du vivant pour apporter une plus-value au niveau durable et fonctionnel pour des structures et bâtiments innovants !
L’Architecture biomimétique face aux enjeux actuels
La croissance démographique élevée actuelle pose plusieurs problèmes dans nos sociétés sur plusieurs aspects :
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Premièrement, selon l’ONU la croissance démographique est le “principal facteur à l’origine des besoins alimentaires”. En effet, les ressources naturelles non renouvelables diminuent fortement et la population s’agrandit, ceci étant problématique à la fois pour les populations mais aussi au niveau politique, les ressources naturelles étant vecteurs de conflits.
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Ensuite, on remarque actuellement une dégradation inédite des sols et des écosystèmes naturels, expliquant, en partie, l’importante désertification de nombreux territoires. Ceci est une conséquence de la prolifération et des difficultés de gestion des ressources qu’impliquent une urbanisation de masse.
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Enfin, l’empreinte carbone augmente également énormément, entraînant une surexploitation écologique très grande.
L’architecture biomimétique peut nous aider à relever ce défi, en incitant nos sociétés à repenser les espaces habités afin d’augmenter leur résilience. À savoir, le concept de résilience est étroitement associé à une démarche durable et circulaire, voire restauratrice. L’architecture biomimétique peut s’exprimer par des bâtiments aux formes et structures optimisées mais aussi par l’utilisation de matériaux réduisant notre empreinte écologique !
La ville de Manille aux Philippines, parmi les plus denses au monde
L’architecture biomimétique, un pont entre l’Homme et la Terre
Devant le constat de ces destructions engendrées par l’humanité, de nombreux designers et architectes se sont engagés dans la restauration des milieux et de la biodiversité. C'est dans ce contexte qu'émerge l'architecture biomimétique auto-suffisante en ressources et directement inspirée de la nature qu’elle espère guérir.
L’architecture biomimétique via la réutilisation des matériaux
Comme nous le savons, dans la nature il n’existe pas réellement de “déchet” à proprement parler. Toutes les matières sont réutilisées ou recyclées, ce qui permet à d’autres espèces de les utiliser. Dans le vivant, tous les matériaux impliqués dans une transformation sont utiles et valorisés d’une certaine manière. Pour éviter le terme déchet, on appelle co-produits, les produits résiduels qui ne sont pas ceux ciblés par la transformation. On peut donc penser utiliser des matériaux bio-sourcés, donc issus de matière organique, pour produire des matériaux biodégradables et recyclables. On peut aussi valoriser ces co-produits pour d’autres usages, comme utiliser les coquilles de crevettes pour produire du plastique (Shrilk) ou encore les plumes de canard pour des matériaux d’isolation !
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Certaines espèces utilisent d’ailleurs leur environnement naturel pour construire leur habitat, on peut donc penser s’inspirer de ces espèces pour une architecture biomimétique ! C’est ce qu’a réalisé une société d’impression 3D, en s’inspirant de la guêpe maçonne ! En effet, les guêpes maçonnes construisent des nids en terre afin d’y placer leurs œufs et larves et donc de les protéger. L’idée d’une architecture biomimétique s’inspirant de ces guêpes permet alors de construire des maisons à base de terre, de fibres naturelles et de liants & stabilisants inspirés de la salive de la guêpe maçonne pour des habitats à la fois durables et performants.
Dans le même principe, on peut aussi s’inspirer des termites, véritables constructrices confirmées capables de créer de gigantesques termitières et de grandes galeries souterraines seulement grâce à leur salive et à la terre environnante ! Cela est notamment utile pour produire des matériaux de construction à base de terre et étant donc biodégradables et bio-sourcés. L’architecture biomimétique s’inspire donc également d’espèces très inventives utilisant leur environnement (voir notre article sur ces espèces-ingénieurs incroyables !)
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Un exemple d’une grande termitière
Par ailleurs, de nombreuses recherches ont également été effectuées pour produire du béton avec une moins grande empreinte écologique, en utilisant notamment des liants bio-sourcés facilitant la production de béton. On peut par exemple citer le ciment Fortera qui tire son inspiration des coraux ! Les coraux produisent en effet à partir du CO2 environnant du carbonate de calcium (CaCO3), composé nécessaire à la production de béton. En imitant le procédé de biominéralisation des coraux lors de la chaîne de production de béton, on peut produire du béton sans surconsommation de CO2. Voici alors encore un exemple de réduction d’empreinte carbone (- 60% d’émissions en moins sur toute la chaîne de production) via l’architecture biomimétique !
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L’architecture biomimétique et ses solutions écologiques innovantes
L’architecte britannique Michael Pawlyn s’est lancé dans le projet de reboiser le Sahara au moyen de serres inspirées par exemple des ténébrions du désert (mais aussi de la permaculture, des narines de chameaux et d’autres espèces). Cette espèce de coléoptères coprophages du désert (surtout en Namibie), est réputée pour sa capacité à récolter l’humidité de l’air. En effet, les élytres de ces insectes - protections chitineuses recouvrant leurs ailes - sont ponctuées de protubérances hydrophiles qui augmentent la tension de surface des gouttes et les font coaguler. Celles-ci récoltent l’humidité du brouillard pendant que des creux hydrophobes assurent l’évacuation vers la tête des gouttelettes formées, lorsque le ténébrion se penche ! D’où son allure un peu … spéciale !
En s’inspirant de cette espèce, il est donc possible de rediriger plus facilement l’humidité afin d’alimenter les serres ! C’est alors un exemple très prometteur et intéressant de l’architecture biomimétique au vu du contexte actuel et futur !​
Le ténébrion du désert, se penchant pour faire converger les gouttes vers sa bouche © James Harris Anderson
Ces mêmes stratégies ont été utilisées pour imaginer de nouvelles solutions d’habitation permettant de développer une relation symbiotique entre le vivant et le bâti via l’architecture biomimétique. Dans cette optique, un cabinet d’architecture a conçu une bio-façade adaptée à l’algoculture. Les micro-algues, en plus de présenter un intérêt esthétique évident, captent le CO2 présent dans l’atmosphère et peuvent être récoltées pour servir à la fabrication de biopolymères ou de biocarburants. Ces produits pourront alors être utilisés pour la fabrication à nouveau de matériaux nécessaires à la construction de bâtiments, ceci montrant encore une fois la capacité de l’architecture biomimétique à réduire notre empreinte écologique !
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On retrouve également, dans l’architecture biomimétique de cette barrière verte, des stratégies naturelles d’optimisation. S’inspirant directement de la stratification des écosystèmes forestiers, l’ombre projetée est utilisée par des panneaux solaires pour cultiver des espèces buissonnières ou herbacées. Une manière innovante et originale donc de réutiliser l’énergie solaire grâce à l’architecture biomimétique !
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Ainsi, de nombreux projets d’architecture biomimétique se développent et présentent peu à peu une alternative à la ville de béton, de verre et d’acier, pour un habitat intégré, enfant de l’ingéniosité de l’Homme et de la nature. Avez-vous déjà entendu parler du projet “Paris Smart City 2050” ? C’est un concept d’architecture biomimétique par Vincent Callebaut visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre de 75% à Paris d’ici 2050 en implantant beaucoup plus de nature dans la ville lumière ! On y retrouverait par exemple des tours vertes utilisant la bio-climatisation, des tours contenant des alvéoles solidaires en terme d’énergie ou encore des tours avec de très larges parois végétales permettant une photosynthèse efficace ! De quoi refonder totalement des quartiers à l’aide d’architecture biomimétique !
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Le concept de Paris Smart City 2050 © Vincent Callebaut Architectures
L’architecture biomimétique, un pont entre l’Homme et la Terre
Architecture biomimétique et fonctionnalisation
L’architecture biomimétique permet de créer des designs innovants permettant de répondre à de nombreuses problématiques et peut apporter de nombreux avantages et bénéfices dans plusieurs aspects, voici deux exemples :
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La régulation de température :
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En s’inspirant une nouvelle fois des termitières, l’Eastgate Center d’Harare au Zimbabwe imite les performances de refroidissement passif des termitières en utilisant des matériaux poreux qui sont également locaux et bio-sourcés. Cela apporte une meilleure ventilation nocturne et donc une meilleure régulation de température, permettant une réduction de 10% des dépenses énergétiques liées à la climatisation d’un bâtiment conventionnel !
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Le South Korea’s Thematic Pavillon est inspiré de l’oiseau de paradis (Strelitzia reginae), qui a la capacité d’ouvrir ses pétales lorsque qu’un oiseau se pose dessus, découvrant alors le pollen de la fleur qui sera disséminé via l’oiseau. Cet exemple d’architecture biomimétique s’adapte en fonction de l’environnement et de la quantité de soleil perçue, permettant de capter le plus de soleil lorsque le temps est nuageux et au contraire d’accentuer l’ombrage lorsque que le temps est très ensoleillé. Cela permet ainsi de réguler efficacement la température !
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L’éclairage :
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Un autre projet de l’architecte Michael Pawlyn, nommé “The Biomimetic Office”, est inspiré de l’oeil du poisson revenant, capable de focaliser efficacement la lumière en un point. En imitant sa structure en miroirs, il est possible d’augmenter le niveau lumineux sur les étages inférieurs de ce bâtiment, permettant notamment d’utiliser moins d’électricité pour l’éclairage !
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D’autres fonctionnalisations bio-inspirées existent, comme par exemple des surfaces hydrophobes (inspirées par exemple de la feuille de lotus) permettant un nettoyage automatique et une protection de certains matériaux. L’architecture biomimétique peut donc apporter de nouveaux bénéfices à certains bâtiments et est donc très prometteuse !
Architecture biomimétique et lightweight design
Le lightweight design consiste en la conception de produits ou structures les plus légères possibles tout en maintenant une résistance égale aux contraintes, notamment mécaniques. L’architecture biomimétique et le lightweight design sont donc évidemment reliés, de par la nécessité de concevoir des bâtiments résistants tout en utilisant moins de matière, pour des raisons économiques et écologiques.
Le lightweight design dans l’architecture biomimétique peut se manifester à travers les matériaux utilisés, la forme ou alors la structure des bâtiments. Il existe énormément de structures lightweight bio-inspirées, comme par exemple les structures en forme d’alvéoles inspirées des ruches d’abeilles que l’on retrouve dans plusieurs domaines industriels, et qui permettent notamment d’absorber efficacement les vibrations.
Un autre exemple d’architecture biomimétique lightweight est inspiré du panier de vénus, ou éponge de verre, vivant dans un environnement avec de forts courant sous-marins et une très grande pression dû a sa profondeur. Leur forme leur permet de répartir les efforts sur toute sa surface et donc de mieux absorber les vibrations et a inspiré la tour Gherkin à Londres !
De nombreuses structures lattices bio-inspirées sont également recherchées et peuvent être encore trouvées afin d’avoir des structures plus légères et utilisant moins de matériaux mais quand même très résistants !
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Le panier de vénus, ou éponge de verre © NOAA sous licence Creative Commons
Conclusion
L’architecture biomimétique, dictée par des règles et codes observés dans la nature, est un sujet d’avenir qui pourrait permettre de réduire les effets néfastes de la croissance démographique. Elle passe non seulement par la réutilisation de matériaux et de ressources mais aussi par la fonctionnalisation de nouvelles structures, de quoi donner des idées pour votre futur chez vous !