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Julia Jeanloz

Publié le 28 février 2019

Quand l’architecture puise son inspiration dans la nature. Le biomimétisme dans tous ses états

La formidable diversité du vivant en fait un véritable puits d’idées pour chercheurs, ingénieurs, designers et architectes. Lorsque sciences de la vie et architecture se conjuguent, le résultat est bluffant d’innovation. Une innovation vieille de millions, si non de billions d’années.

Biomimétisme : observer la nature pour mieux innover ?

 

Le biomimétisme, du grec « bios », la nature, et « mimesis », imiter, consiste en une approche, au croisement de techniques d’ingénierie, de l’architecture et de la durabilité. Si le terme s’est popularisé dès la fin des années 90 aux Etats-Unis, la pratique, elle, ne date pas d’hier.

À la fin du XVe siècle, Léonard de Vinci, fasciné par la mécanique à l’œuvre dans le battement d’ailes des oiseaux, mettait au point l’ornithoptère, une machine volante reproduisant leur vol. Pourtant, c’est loin d’être un cas isolé ! L’histoire est féconde en innovations « bio-inspirées ». Ainsi, le velcro, par exemple, est une invention du Suisse Georges de Melstral en 1948, à la suite de l’observation des propriétés adhésives des fruits de la bardane.

Les spécialistes s’accordent à dire que le biomimétisme se développe à plusieurs niveaux: la forme, les matériaux et les écosystèmes. L’idée au fondement de cette démarche est de considérer un problème scientifique, technologique ou écologique et d’y répondre à l’aide de propriétés naturelles des écosystèmes et des êtres vivants, dans une perspective de durabilité.

Si cette doctrine compte de multiples champs d’application, dans le domaine de l’architecture et de l’immobilier, elle conduit à des prouesses techniques qui offrent des réponses audacieuses aux défis environnementaux et climatiques contemporains. Derrière cette vision, on considère la nature comme un modèle à suivre. Parmi les exemples les plus probants en la matière, trois d’entre eux ont particulièrement retenu notre attention.

 

Copier les fonctions naturelles de la fourrure de l’ours blanc pour un habitat économe en énergie

 

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Aperçu de l’Esplanade – Theatres on the Bay, situé dans le district commercial de Singapour.

Sur le détroit de Singapour, face à la baie, se dresse Esplanade – Theatres on the Bay, un complexe dédié aux arts performatifs.  Achevé en 2002, il a été imaginé par DP Architects et Michael Wilford & Partners.  Sa façade extérieure n’est pas sans évoquer la coque du durian, un fruit local à épines, d’où le nom que lui donne la population locale, « The Durian ».

Les êtres vivants et les écosystèmes sont dotés de capacités telles que, notamment, la régulation thermique, la collecte de l’eau de rosée et l’adhésion à sec. Ils parviennent à les assurer peu importe la température ambiante, avec des dépenses énergétiques proches de zéro.

De la même manière que les ours polaires sont dotés d’une fourrure thermorégulatrice pour mieux s’adapter aux températures négatives, les losanges en aluminium du toit de l’Esplanade sont munis de capteurs. Ces derniers se basent sur ce principe en réagissant à la lumière: par temps couvert, les plaques d’aluminium se relèvent, laissant entrer la lumière et chauffant le bâtiment avec l’énergie solaire. Lorsque le soleil revient, elles filtrent la lumière par réflexion, pour économiser de l’énergie sur le chauffage du complexe.

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L’Esplanade vu de nuit, depuis la Marina Bay à Singapour © Wikimedia Commons

Imitation des formes structurelles – de la toile d’araignée à une toiture solide et légère

 

Les propriétés de la soie que secrète l’araignée pour construire sa toile intéressent depuis longtemps les scientifiques. À la fois résistante et élastique, elle sait aussi absorber les chocs. Outre les qualités intrinsèques de cette soie, l’intérêt de la toile d’araignée réside dans son architecture, qui lui confère solidité et souplesse. Si celle-ci se fait détruire à la suite d’un impact, le dégât est toujours partiel et l’araignée devra réparer sa toile à l’endroit touché uniquement, plutôt que de la reconstruire depuis le début.

À Buenos Aires, La Plata est le premier stade d’Amérique latine (capacité: 53’000 places) dont l’enveloppe extérieure est fabriquée entièrement en téflon. Conçu entre 1998 et 2011 par Roberto Ferreira & Arquitectos Asociados, le stade est doté d’un toit formé de câbles d’acier fabriqués localement et qu’on peut assimiler aux fils de la toile. À cette ossature  s’ajoute une membrane en polymère renforcé aux fibres de verre. La structure et la membrane étant très légères, l’ensemble de la toiture jouit d’une grande solidité.

Le tissu de cette membrane est capable de résister à des température de -75° à 232°C. Ignifuge et imperméable, il résiste aussi aux rayons UV. La durabilité et le coût de production de ce matériau le rendent très économique.

Autre avantage: contrairement à un toit classique, ce type de toit, en cas d’impact, est moins destructeur, du fait de sa légèreté, et les autres zones ne sont pas fragilisées. Ainsi, il n’est pas nécessaire de rebâtir la totalité de la toiture, mais uniquement la partie qui a subi le dommage.

 

Recréer un équilibre naturel pour favoriser l’harmonie entre les êtres humains et la nature

 

Dans les écosystèmes, chaque matière produite par un organisme est potentiellement utile au développement d’un autre. De cette manière, l’écosystème diminue son impact environnemental, tout en optimisant son fonctionnement.

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Eden Project, un projet d’écosystème artificiel réconciliant l’humain et la nature © Wikimedia Commons

L’Eden Project, développé par Grimshaw Architects entre 1996 et 2001, en est une illustration édifiante. Le site de St Austell, en Cornouailles, abrite un gigantesque projet d’écosystème artificiel, matérialisant l’union des hommes et des femmes avec la nature. Il s’agit d’un projet à visée éducative, ayant pour but de sensibiliser les individus à l’importance d’un cadre de vie respectueux de l’environnement. Sa structure est directement inspirée de la nature: des dômes à la forme sphérique et aux faces hexagonales. Autant d’évocations des bulles de savon ou des facettes d’ailes de libellules.

Le projet compte plusieurs dômes mis côte à côte et conçus comme des écosystèmes, dont la forme en demi-sphère permet de conserver la chaleur. Ces dômes sont construits en éthylène tétrafluoroéthylène (près d’un tiers moins cher que le verre), un polymère transparent à la fois léger, isolant et résistant sur le long terme. Les concepteurs ont prévu un système de récupération d’eau, basé sur l’utilisation de l’eau de pluie et de la nappe phréatique. En effet, les deux-tiers des besoins en eau du projet sont assurés par l’eau collectée sur site.

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Eden Project, depuis l’intérieur d’un hémicycle © Robin Stevens

Ce projet est remarquable, car il prouve qu’il est possible de créer un écosystème durable, neutre en carbone, à coût modeste et plus efficace que d’autres modèles. Une ambition de plus large envergure consisterait à appliquer ce projet à l’échelle d’une ville toute entière.

Esplanade – Theatres Bay, La Plata, Eden Project sont autant d’applications concrètes du biomimétisme en architecture et de l’efficacité humaine lorsqu’il s’agit de prendre la nature comme modèle. Soulignons cependant que la plupart des projets qui se disent inspirés du biomimétisme ne respectent pas le critère de durabilité, que ce soit sur les plans du coût ou du mode de production des matériaux. En effet, ils se contentent d’imiter la forme d’un élément de la nature. En appliquant la démarche biomimétique de manière stricte, on produirait exclusivement à l’aide d’énergie durable et tous les déchets seraient biodégradables. Ceci favoriserait une approche durable du cycle de vie du bâtiment. Avec l’avènement des technologies de simulation modernes telles le Building Information Modeling (BIM), on espère pouvoir rendre les édifices biomimétiques plus réalisables.