Rapport d'étude ENSAL 2019 - Biomimétisme & Architecture

ADÈLE BARGUES E. 642 RAPPORT D’ÉTUDE TUTEUR : Jean-philippe AUBANEL ÉCOLE NATIONALE SUPÉRIEURE D’ARCHITECTURE DE LYON 2019

BIOM IMÉT ISME

EN QUOI LE B I O M I M É T I S M E EST-IL UNE MEILLEURE RÉPONSE AUX ENJEUX E N V I RO N N E M E N TAUX A C T U E L S ?

CI-CONTRE : Chemin de la Pointe de 1 Bilfot / Normandie

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Introduction

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ÉTAT DES LIEUX ET ENJEUX

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1. État des lieux

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2. Réponses aux enjeux actuels

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3. Limites de ces réponses

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THÉORIE ET APPLICATIONS

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1. Définition

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2. Fonction

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3. Processus

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4. Structure

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5. Matériaux

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GRANDS AXES À UNE ÉCHELLE GLOBALE

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1. Accroissement du rendement

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2. Économie circulaire des ressources

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3. Économie solaire

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CONDITIONS ET VIABILITÉ 1. Biomimétisme formel

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2. Limites dans la mise en application

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3. Perspectives d’avenir

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Conclusion

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avant-propos Depuis que je suis arrivée à Lyon il y a maintenant 4 ans, j’ai pris l’habitude de lire le journal tous les matins. Seulement depuis la rentrée de septembre 2018, je suis confrontée tous les jours sans exception à des nouvelles terribles, sur des catastrophes naturelles, des chiffres alarmants révélant notre consommation excessive, voir absurde, dans tous les domaines, et qui engendre une destruction accélérée de notre planète. Les sommets pour l’environnement se multiplient, pourtant rien ne semble changer, et surtout une chose ne semble pas changer : les mentalités d’un point de vue individuel.

Sans prétention, je pense que les personnes comme moi qui ont l’impression de se prendre « une claque », comme un rappel, tous les jours sur notre futur incertain, ont envie de faire ce qu’ils peuvent à leur échelle. Et j’ai la chance de m’être engagée dans des études qui peuvent me permettre de « faire quelque chose ». Je ne comprenais plus comment utiliser ce que nous voyions en cours en terme de théorie pour faire le monde d’aujourd’hui, et surtout je ne comprenais plus pourquoi nous avions pris cette ligne directrice de vouloir tout normer comme réponse aux enjeux environnementaux actuels. Le projet architectural ne peut pas être régi par un nombre de règles sans fin qui de plus finissent souvent par se contredire entre elles, mais il doit envisager de prendre exemple sur la seule chose qui a réellement fait ses preuves et qui développe ses techniques d’adaptation à son environnement, utilise les ressources déjà présentes, comprend le principe de symbiose, etc… : la nature.

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CI-CONTRE : Mont Annapurna / Népal / 8091 m

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"Scrute la nature, c’est là qu’est ton futur."

Léonard de Vinci

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Introduction Au travers de ce sujet de recherche, j’ai souhaité approfondir ma culture architecturale, avec des connaissances qui ont réellement du sens. Ainsi, je suis partie d’une petite liste de questions, d’hypothèses même, qui m’ont amenées à formuler plus clairement une problématique efficace. Il me semble que chacun des points que je m’apprête à vous présenter sont essentiels à la compréhension du sujet duquel je suis partie : Quel est réellement l’état actuel du monde dans lequel nous vivons ?

Quelles sont les réponses mises en place ?

Le biomimétisme est-il potentiellement une meilleure réponse ? Si oui, l’est-il sous tous ses aspects ?

Quelles sont les limites et dérives possibles de ce domaine ?

Dans cette démarche, quelles solutions un architecte peut-il proposer pour répondre efficacement aux enjeux environnementaux actuels ?

Le titre de ce projet de recherche, « perma-cités » est une contraction de permaculture et de cité. En effet, la permaculture est définie par Jono NEIGER selon les termes suivants : « La permaculture vise à reproduire les modèles et les relations que l’on trouve dans la nature. En alignant notre société humaine sur le mode opératoire d’un écosystème intégral et intégré, nous devenons forcément des êtres sains dans des communautés riches de leur diversité. ». Le biomimétisme peut être alors considéré comme englobant la permaculture. L’idéal de la proposition serait de recréer des cités totalement régies par ce modèle, les perma-cités, passant dans un premier lieu par une modification au plus proche de notre vie : nos habitations. Prendre exemple sur la nature dans la conception et la rénovation de nos bâtiments me semble être la solution la plus juste dans le sens où, au lieu de s’appuyer sur des normes, elle s’appuie sur des théories qui ont été mises en pratique par la nature pendant 3,8 milliards d’années, et ont donc beaucoup plus de fondements et de validité que n’importe quelle norme inadaptable. Comme le rappellent Mohsen Mostafavi et Gareth Doherty dans leur introduction à l’ouvrage Ecological Urbanism, « la crise environnementale, en un sens, est une opportunité pour expérimenter ». Et le biomimétisme en architecture n’est qu’expérimentations, des expérimentations basées sur des vérités incontestables, et pouvant mener à des solutions très efficaces. Le champ d’application du biomimétisme me semble être un sujet fascinant et surtout très instructif. En effet, cette remise en question environnementale me semble inévitable pour tout architecte, si il veut être un acteur de notre futur en comprenant les enjeux auxquels nous faisons face aujourd’hui, et comment il peut être un moteur de changement pour les bâtiments et pour ses utilisateurs. La problématique suivante me semble être la bonne dans le sens où, dans un premier temps, elle découle des grands axes évoqués précédemment, mais aussi, car c’est celle que j’aimerai explorer et pourquoi pas transmettre à mes camarades, afin que nous puissions avoir toutes les cartes en main pour réussir au mieux notre rôle d’architecte de demain : En quoi le biomimétisme peut-il être la meilleure réponse aux enjeux environnementaux actuels ?

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BIOM IMÉT ISME

ÉTAT DES LIEUX ET ENJEUX

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CI-CONTRE : Braemar Cairngorms National Parc / Écosse

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CI-CONTRE : Moutons dans les 4 pâturages du Mont Barker / Nouvelle-ZÊlande 10

Afin de mieux comprendre les raisons de l’intérêt que le monde se doit de porter au biomimétisme, il nous faut d’abord comprendre la situation qui a menée à cette nécessité. Il me paraît difficile de ne pas voir la réalité en face tant les signaux d’alarme sont nombreux : une crise écologique est sur le point de s’abattre sur notre planète. Une crise écologique correspond à un stade où le milieu de vie d’une espèce ou d’une population évolue de façon défavorable à sa survie.

Nous sommes entrés dans cette boucle de consommation sans fin et de non-respect de notre habitat depuis plus d’un siècle. Seulement, nous arrivons au stade critique où nous devons soit réagir, soit accepter l’extinction probable de notre espèce, ou en tout cas du monde tel que nous le connaissons.

Comme l’a exposé Ban Ki Moon, secrétaire général des Nations Unies dans son discours du 4 avril 2013 à Monaco, nous vivons actuellement un tournant particulier, qui sera décisif pour le reste de l’histoire de l’humanité. Il dénonce notamment « Nos modes de consommation » et « notre emprunte écologique […] démesurée » qui sont incompatibles avec la survie de notre planète.

En moins d’un demi siècle, notre civilisation a connu une évolution du niveau de vie et des découvertes scientifiques et technologiques plus importante que lors des deux derniers millénaires.

Ce développement du confort (notamment dans la tranche occidentale), n’a de cesse d’accroitre une demande toujours plus importante d’innovations et d’optimisations dans tous les aspects de nos vies. Cette demande est aujourd’hui satisfaite par des réponses qui n’entrent ni dans un processus de viabilité sur le long therme, ni dans une volonté de prise de conscience globale de l’absurdité de ces modes de consommation.

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1. état des lieux Un des enjeux majeur actuel est l’économie d’énergie, et notamment le sevrage en énergie fossile. En effet, les villes consomment directement ou indirectement plus de 95% de l’énergie produite ou extraite en France. Les bâtiments sont les plus gros consommateurs : 44% de l’énergie finale consommée en France, avec environ 30% pour les habitations et 14% pour le tertiaire et le commerce.

2/3 de la production électrique annuelle. Parmi cette consommation, les 3/4 sont utilisés pour le chauffage et l’eau chaude.

40% des déchets produits 30% des émissions de gaz à effet de serre 16% de la consommation d’eau Et c’est la que nous touchons un enjeu majeur d’un point de vue des constructions, puisque ces économies doivent se faire au plus proche de notre vie, dans nos habitats et lieux de travail. Ces économies d’énergie doivent passer par une régulation efficace des 5 « fondamentaux » (air, eau, lumière, son, chaleur) d’un bâtiment. Une construction devrait actuellement produire autant voir plus d’énergie qu’elle n’en consomme, et donc arriver à une certaine auto-suffisance énergétique afin de limiter ce pôle énergivore que représente la construction. Cette « utopie » des bâtiments autonomes ou presque va malheureusement bientôt devenir nécessaire au vue de l’évolution de notre écosystème.

Outre ces questions d’économie d’énergie, les aménagements urbains et nouveaux bâtiments se doivent de réintroduire en leur sein un certain écosystème, de la végétation, en plus d’un réaménagement globale de nos modes de vie. En effet, notre consommation actuelle nous voit libérer 7,5 tonnes de CO2 par français et par an, facteur principal de la destruction de la couche d’Ozone qui nous protège des rayons solaires et de toute autre radiation et objets venant de l’espace. Cette quantité doit drastiquement baisser si nous voulons préserver notre planète et éviter un réchauffement climatique, qui causerait une liste sans fin de conséquences dramatiques pour l’espèce humaine. En voici quelques unes : une montée du niveau de la mer d’au moins un mètre (20 000 îles pourraient totalement disparaître d’ici la fin du siècle, sans compter toutes les zones habitées en dessous ou au niveau de la mer, comme Miami, Tokyo, New-York ou encore Amsterdam) ; des ouragans, cyclones, et autres catastrophes naturelles de plus en plus intenses ; des records de chaleur jamais vus, entrainant des feux de forêts de plus en plus fréquents et un dérèglement des espèces végétales cultivées dans les espaces agricoles ; la disparition de 5,2% des espèces animales ; Il y en a bien évidemment encore beaucoup à énoncer, même sans données chiffrées (évolutions atmosphériques, la dégradation voire la disparition de certains habitats, l’évolution de la disponibilité et de la quantité de l’eau, l’évolution de la production de déchets, la multiplication de crises relatives à la bio-sûreté ou encore le rythme élevé de disparition des espèces), seulement, ces conséquences engendreront elles-mêmes d’autres conséquences. Par exemple, les quelques prévisions citées ci-dessus mèneraient également à une nouvelle forme d’immigration, puisque l’on estime que d’ici à 2050, il y aura 250 millions de réfugiés climatiques dans le monde. Nous assisterons également à une explosion de la pauvreté d’ici à 2030, pouvant mener à plus de 600 millions de personnes touchées par la malnutrition d’ici à 2080.

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Nous pourrions lister un nombre d’enjeux sans fin, mais il me semble que les deux principaux qui sont l’économie des énergies et la gestion du CO2 sont deux domaines dans lequel nous, les « bâtisseurs de l’avenir », avons un rôle primordial. Et nous nous devons également d’aider les populations à changer leur mode de vie par le biais d’une modification de leur habitat. C’est une première étape vers une prise de conscience individuelle, en sensibilisant les populations à la sauvegarde de leur lieu de vie, et à la compréhension des enjeux réels actuels. Cette prise de conscience est inévitable si nous voulons adopter des comportements cohérents avec les « attentes » de notre planète. Le constat est au final plutôt simple : si nous n’arrivons pas à atteindre l’objectif posée par la COP21 d’une augmentation de « seulement » +2 degrés d’ici à 2100, notre futur est très incertain.

2. Réponses aux enjeux actuels Depuis quelques années, nous assistons à une multiplication sans fin des normes « écologiques » : labels Haute performance énergétique, Haute qualité environnementale, Bâtiment de basse consommation, réglementations thermiques, Grenelle 1 & 2, etc… Ces nouveaux écrits ont pour but de venir accompagner les architectes, constructeurs, urbanistes, et tous les autres acteurs de la construction des nouveaux bâtiments dans leur démarche de conception et de construction écoresponsable. En parallèle de ces normes, l’État a mis en place de nombreuses aides, subventions et déductions d’impôts pour les constructeurs respectant ces différentes normes. Cela a permis en premier lieu, de voir apparaître une véritable conscience écologique. Mais également, cela a permis à ces constructions d’être une nouvelle priorité, puisque désormais les aides reçues pour ce genre de construction les aligne sur les prix du marché. Ces initiatives menées en France par l’état par le biais du Ministère de l’écologie sont une preuve que la prise de conscience écologique se fraye un chemin dans les volontés politiques de notre pays.

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3. Limites des ces réponses Le problème des règles est moins ce sur quoi elles portent que la façon dont on les applique.

Ces normes tendent à vouloir généraliser, imposer des règles urbaines et architecturales. Emprunter des axes de conception architecturale comme travailler la fraicheur, la lumière, est une chose essentielle dans un projet. Cependant, lorsque ce travail est régi par des calculs et des mises en pratique qui sont difficilement adaptables à un projet différent que celui sur lequel ce sont basées ces données, cela vient en contradiction avec un projet écologique. Certaines normes en arrivent même parfois à se contredire lorsqu’on les cumule. Par exemple, si nous respectons le principe du facteur de réchauffement au travers d’une fenêtre en fonction de son orientation, nous en venons à réduire les dimensions de cette fenêtre, et dans ce cas la nous ne respectons plus les normes des facteurs lumières. Ce genre de superposition peut venir brider le bon sens de l’architecte, car les données apportées comme normes ne correspondent pas à la volonté initiale de travailler son projet en étant conscient de ces enjeux, tout en gardant un bon sens « humain », qui ne peut être régi par aucune norme. La norme est un bon point de départ pour changer les mentalités et aider la prise de conscience environnementale à faire son chemin. Cependant, il faut pouvoir la remettre en question, la faire évoluer et pouvoir l’adapter en fonction du projet, du site, des ses usagers, etc..

Un autre problème est que certains promoteurs font construire des bâtiments qui, certes, consomment moins, mais qui, pour cela, viennent utiliser bons nombres de systèmes motorisés, pour gérer la ventilation, l’apport de lumière, etc.. Tout en pouvant continuer à prétendre à la certification de Haute Qualité Environnementale. Hors la volonté à l’origine de toutes ces lois et règles est de venir réduire les consommations énergétiques, la quantité de matériau, optimiser les techniques constructives, et plus encore, pour venir s’inscrire dans une démarche consciente et sensible.

Les prises de conscience des architectes, qui tentent d’apporter des nouvelles techniques et concepts pour s’inscrire dans cette démarche, concernent majoritairement les bâtiments neufs, soit 1% du parc immobilier actuel, rendant toutes ces solutions peu efficaces en vue d’un changement global. De plus, comme tout de nos jours, les motivations écologiques ont très souvent été remplacées par une motivation financière. Une utilisation des normes et des labels à but purement financier ne pourra jamais profiter à l’écologie, qui se doit d’être la motivation première pour être efficace.

Certains acteurs de la construction ont vu une opportunité de respecter les nouvelles normes tout en les tournant à leur avantage, afin d’obtenir des subventions ou labels sans pour autant se rendre utile à la cause défendue initialement : l’avenir de notre biosphère.

Une majorité des recherches menées de nos jours dans le domaine de la construction n’ont pas forcément toutes une réflexion qui s’inscrit dans un processus de durabilité, mais plutôt dans un processus de rentabilité : produire plus, plus vite, moins cher. Or, ce genre de réflexion, si elle est uniquement motivée par l’argent, ne pourra jamais s’inscrire dans la liste des innovations qui ont révolutionné notre mode de vie. Les produits chimiques, les alliages, les matériaux transformés de manière générale, le sont souvent par des processus nécessitant des températures très élevées, des pressions particulières, etc.. Et tout cela, en plus de continuer à rejeter des déchets, consomme énormément d’énergie.

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Ce ne sont que quelques exemples parmi d’autres des dérives et des failles qu’engendrent ces nouvelles mesures mises en place. Or cela n’est, il me semble, pas le but d’une architecture écologique. À l’inverse de cette tendance de la norme, certains architectes, au lieu de faire de l’architecture faussement écologique, préfèrent faire de l’architecture « bio-climatique ». C’est à dire une architecture élaborée en fonction du climat, du vent, de la pluie et du soleil, avec des bâtiments peu motorisés et « naturels », prenant en compte le site et ce qu’il a à nous offrir, ce qui est, de nos jours, une piste de départ très intéressante pour concevoir des villes respectant l’environnement. Cette tendance ouvre très légèrement la porte au concept novateur que nous allons évoquer aujourd’hui : le biomimétisme.

Qu’est ce que le biomimétisme ?

Quels domaines de recherche et d’intervention englobe-t-il ?

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BIOM IMÉT ISME

THÉORIE ET A P P L I C AT I O N S

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CI-CONTRE : Imlili / Maroc

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CI-CONTRE : Dendobrium secundum 6

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1. Définition Le terme biomimétisme vient du grec bios, la vie et mimesis, l’imitation. Littéralement, imiter la nature. Il englobe une posture scientifique et les pratiques qui lui sont liées, apparues dans les publications à la fin des années 60. Il a été réellement popularisé et propagé dans Biomimicry : Innovation Inspired by nature, écrit par la biologiste américaine Janine M. Benyus en 1997. Elle le définit comme suit : « une nouvelle science qui étudie les modèles de la nature puis imite ou s’inspire de ces idées et procédés pour résoudre les problèmes humains. […] le biomimétisme utilise des critères écologiques pour déterminer si nos innovations sont “bonnes”. […] Le biomimétisme est une nouvelle façon de considérer et d’apprécier la nature. » La phrase qui me semble être la plus juste et résumant parfaitement la pensée dans laquelle le biomimétisme s’inscrit est la suivante : « Il ouvre une ère fondée non pas sur ce que nous pouvons extraire du monde naturel, mais sur ce que nous pouvons apprendre. » Ainsi, le biomimétisme nous incite à revoir les fondements de base de bons nombres d’aspects de notre société actuelle, comme nos modes de vie et nos attitudes vis-à-vis de notre environnement, les modèles scientifiques, les mentalités, le fonctionnement global de nos villes, etc… afin de se rapprocher de la nature qui nous entoure pour mieux s’y intégrer tout en tirant partie de ses enseignements pour nous développer, et toujours en la préservant. La nature se veut être une réelle source d’inspiration et d’information dans tous les domaines. Comme dit précédemment, nous arrivons à un tournant dans l’histoire de l’humanité où de nouvelles solutions doivent être envisagées pour espérer un développement inscrit dans un plan global de retour à nos sources. Selon un rapport du Sénat en 2007, le biomimétisme serait « l’une des boîtes à outils de la quatrième révolution industrielle », en proposant une palette d’exemples et leçons si large que les possibilités de découvertes semblent proportionnelles aux nombres d’organismes vivants sur notre planète. En effet, le vivant a eu 3,8 milliards d’années pour se développer, et à coup de mutations génétiques et de sélection naturelle, a réussi à à se maintenir sans surexploiter les ressources de la planète, tout en se perfectionnant. Chaque être vivant a évolué pour pouvoir survivre de manière économe, sans apports énergétiques supplémentaires, avec un rendement optimal, mais surtout en s’inscrivant parfaitement dans son environnement et son éco-système. Jusqu’ici, la science s’est surtout concentrée sur la nature des éléments qui composent les réseaux vivants, mais pour assurer leur durabilité, nous devons aujourd’hui déplacer notre attention vers la façon dont les éléments sont interconnectés.

Nous allons maintenant entrer plus en détail dans les différents champs d’application du biomimétisme, afin de comprendre concrètement plusieurs des possibilités qui s’offrent à nous en fonction des besoins d’un projet architectural ou urbain : fonction, processus, structure et matériaux.

La forme ne sera pas traitée dans cette partie. En effet, ici nous considèrerons que l’étude formelle à visée biomimétique s’intègre dans l’un des champs d’action de la fonction, du processus ou de la structure. Nous verrons en dernière partie en quoi une recherche formelle, qui ne serait pas liée à d’autres champs d’action, et qui ne serait donc qu’à visée esthétique ne rentre pas dans le domaine du biomimétisme que je souhaite étudier.

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2. Fonction L’étude de la reproduction ou de l’exploitation des fonctions assurées par des organismes constitue un des grands domaines de recherche biomimétique. Il regroupe tout système présent dans la nature qui vient remplir un rôle précis : se nourrir, se protéger des prédateurs, filtrer l’eau, se ventiler, etc… L’aérodynamisme ou le camouflage sont par exemple deux fonctions qui viennent directement d’une forme biologique particulière. Dans ces cas, la forme est donc à visée fonctionnelle.

Les ingénieurs tentent d’étudier de plus en plus de systèmes variés et uniques afin d’en extraire les fonctions et la manière dont elles sont créées et mises en place par des être biologiques. La visée étant d’optimiser ou de développer des technologies pour une conception à notre échelle.

Le premier exemple que nous allons étudier est celui de la pomme de pin, qui est en réalité un des exemples qui m’a conforté dans les choix de mon sujet sur le biomimétisme tant il m’a fascinée et intriguée à la fois. Les écailles de pomme de pin sont faites de fibres rigides fixées dans une substance résineuse, comme celle des troncs d’arbre. Ces fibres ne sont pas toutes disposées dans le même sens, selon leur position autours de la pomme de pin (11). Lorsque la pomme de pin a besoin de ventilation, lorsqu’elle est trop humide par exemple, ses écailles vont avoir tendant à légèrement s’écarter, puis se refermer une fois que l’air l’aura suffisamment séchée. Cela est dû à une particularité du pin : ses fibres se recourbent sur elles-mêmes lorsque l’humidité augmente (10).

Cela s’applique évidemment à des sections très fines, l’arbre en lui-même ne pouvant se recourber.

Achim Menges s’est inspiré de ce principe pour réaliser le pavillon HygroSkin (9) à Orléans à l’aide de matériaux météorosensitifs. Les alvéoles formées par les fines couches de pin recouvrant la façade s’ouvrent et se ferment au long de la journée pour créer des courants d’air ou non (8). C’est un exemple d’architecture qui sait s’adapter aux besoins momentanés pour les gérer efficacement et naturellement, en générant des mouvements sans l’utilisation de muscles, et donc d’énergie.

L’utilisation potentielle pour la ventilation naturelle en architecture ne peut que se perfectionner avec les études menées actuellement sur cette fonction particulière.

Cependant, les chercheurs tendent également à privilégier l’étude des organismes vivant dans des conditions extrêmes, car ils sont souvent ceux qui peuvent nous en apprendre le plus sur comment survivre dans des milieux hostiles pour l’homme. Prenons l’exemple du Ténébrion du désert (7), un scarabée qui a réussi à s’adapter à la rareté de l’eau dans son environnement. En effet, la forme et la composition de sa carapace sont ici à visée fonctionnelle : récolter de l’eau.

En sortant la nuit et en se positionnant au sommet d’une dune, le scarabée, grâce à sa carapace noire, a la possibilité de rayonner de la chaleur, et devient donc très légèrement plus froid que la température de son environnement. De cette manière, le peu d’humidité contenue dans l’air vient se condenser en petites gouttes sur sa carapace. Lorsque cette dernière est passée au microscope, de très légères bosses recouvrant toute la surface dorsale du scarabée peuvent être observées. Ces bosses sont constitués de matières hydrophiles, c’est à dire qu’elles attirent l’eau, tandis que les creux entre les bosses sont hydrophobes, repoussant l’eau. Ainsi de vraies gouttes se forment au niveau des sommets de chaque petite bosse. En relevant son arrière train, le scarabée vient faire rouler ces gouttes d’eau jusqu’à sa bouche, sans perte puisque les caractéristiques particulières de sa carapace aident à canaliser et diriger les gouttes ainsi formées. Ce système de condensation de l’eau très efficace peut être utiliser dans les zones arides afin de répondre à certains défis qui se présentent déjà à nous, comme rendre habitable ces zones hostiles. Un prototype de tente pour réfugiés se basant sur ce principe fonctionnel est en cours d’élaboration.

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CI-CONTRE : Je ne sais où, je ne sais dans quel pays, je ne sais quand mais je sais qu’il y a des vagues

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CI-CONTRE : Je ne sais où, je ne sais dans quel pays, je ne sais quand mais je sais qu’il y a des vagues 22

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TURING Alan mathématicien, cryptologue et inform a t i ci e n britannique.

Mort en 1954, il a profondément marqué et fait avancer le monde de l'informatique et des mathématiques, par ses recherches et ses thèses.

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3. Processus Dans ce domaine de recherche, les scientifiques tentent de comprendre les processus de développement cellulaire à l’origine de la formation des êtres vivants. S’intéresser aux codages génétiques et aux interactions chimiques à l’origine de la structure, de la forme, ou des organes des organismes qui nous entourent nous permettraient de reproduire ces processus afin de créer des matériaux ou des structures auto-assemblables, sans nécessiter de chauffer ou d’utiliser des produits chimiques nocifs pour l’environnement. La majorité de ces recherches s’appuient sur une thèse développée par Alan Turing selon laquelle le caractère géométrique de la morphogenèse serait prévisible. En effet, il s’est aperçu que ce n’était pas la matière ou la structure en soit qui étaient codés dans les gènes des organismes, mais plutôt les plans d’assemblage des différentes protéines en interaction avec leur environnement afin de générer ces matériaux. La différence semble difficile à saisir, pourtant elle est à l’origine de diverses découvertes révolutionnaire dans ce domaine. Alan Turing précise : « La forme finale résulte de la génération et de l'assemblage des cellules selon leur code génétique et de l'environnement dans lequel elles se développent. […] Ce mode de conception architecturale et urbaine ne pense pas l'objet mais le système et ses interactions, non pas une forme finale mais un processus menant à une forme optimale, non pas un dessin mais un algorithme […]. » La chitine (12) est une molécule de la famille des glucides, contenue dans les carapaces des insectes et des crabes. Assemblée comme il faut, ces protéines forment un matériau très solide, matricé en plusieurs couches, comme le contreplaqué, très résistantes. Ces différentes couches viennent s’assembler selon une géométrie bien précise codée dans les gênes des organismes vivant afin de former leur exosquelette. La chitine a les mêmes propriétés que le plastique, mais elle est biodégradable. Les insectes s’offrent le luxe de pouvoir changer d’exosquelette grâce aux fibres de chitine par lee biais d’un processus particulièrement intéressant : l’auto assemblage. Si les bons composants s’assemblent correctement, l’exosquelette se reconstruit de lui-même. Pour créer ces structures harmonieuses, des atomes ou molécules sont assemblés spontanément pour aboutir à cette forme de cristaux. Si nous pouvions contrôler la façon dont les composants agissent l’un sur l’autre, nous n’aurions qu’à les mettre ensemble, s’assoir et regarder ce matériau s’auto-construire. La nature le fait en permanence.

Les fruits de mer sont les meilleurs exemples sur lesquels se baser pour comprendre ces processus. Leurs coquilles sont ultra-résistantes, alors qu’elles ne sont faites de carbonate de calcium, de la vulgaire craie qui se casse comme un rien. Tout le secret réside dans l’agencement des cristaux de carbonate de calcium. C’est dans cet exemple que nous pouvons comprendre la différence entre processus et matériau, puisque l’élément utilisé est un élément qui n’a pas les mêmes propriétés en fonction de la manière dont il est assemblé. Prenons l’exemple de l’ormeau, qui est la piste de recherche la plus prometteuse actuellement : une coquille est constituée de différentes couches, mais la couche de nacre iridescente est de loin la plus extraordinaire (13). Elle est composée de cristaux plats de carbonate de calcium dans une matrice de protéines. Lorsqu’un cristal se fend, la cassure se poursuit jusqu’à la protéine qui encaisse le choc (14). Mais la protéine fait bien plus qu’empêcher la propagation des fissures, c’est elle qui organise l’agencement précis des cristaux. En grandissant, le mollusque sécrète ces protéines qui forment une couche autour de son corps par cristallisation au contact de l’eau iodée, couche qui sécrète à son tour du carbonate de calcium. La nacre est un peu comme une céramique, un solide non métallique fait de minuscules cristaux. Pour faire notre céramique à nous, nous chauffons à près de 1400 degrés. La nature fait sa céramique à la température de la mer. Ces céramiques, réalisées par de simples mollusques sont deux fois plus robustes que les nôtres. Si nous faisions passer une voiture sur une coquille d’ormeau, elle ne se briserait pas.

Face à ce génie naturel, des scientifiques ont eu l’idée d’isoler ces protéines responsables de la formation et de l’agencement de la nacre. Ensuite en les changeant, ils espèrent pouvoir développer d’autres structures complexes, afin de créer des matériaux auto-assemblants dont la résistance serait bien supérieure à nos matériaux, dans un processus respectueux de l’environnement.

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4. Structure Si il y a bien un domaine dans lequel la nature n’a rien à nous envier, c’est bien le domaine structurel. Encore une fois, la structure et la forme sont étroitement liées. La nature génère des structures résistantes avec le moins de matière possible, dans un soucis d’économie des ressources.

En architecture, l’étude de ces structures pourrait nous permettre de réaliser des bâtiments légers sur la base de formes plus organiques, avec moins de matière mais en conservant une grande résistance aux charges et aux éléments extérieurs comme le vent où les séismes.

En 1849, l’architecte Joseph Pacston, envisage de faire construire une nouvelle serre pour faire face à la croissance de ses Victoria d’Amazonie (15). Les grandes feuilles rondes de ces plantes aquatiques peuvent atteindre jusqu’à 2 à 3 mètres, et Pacston s’inquiète de savoir quelle taille devra faire sa serre. En réalité, ces feuilles portent en elles la solution. L'enchevêtrement de nervures qui tapissent le dos des feuilles donnent une idée à Pacston : il pourrait utiliser ce dispositif pour réaliser un grand toit à double pente au dessus de sa nouvelle serre. Pour tester la résistance des feuilles, Pacston pose des objets de plus en plus lourd dessus. Arrivée à maturité, une plante d’envergure moyenne peut supporter le poids d’un adulte. S’inspirant des principes organiques de sa plante, Pacston construit sa nouvelle serre. La réussite est telle qu’il se lance dans des structures toujours plus grandes, le Crystal Palace (16) étant de loin la plus spectaculaire. Construit à Londres pour la première exposition universelle de 1851, le palais fut une vraie merveille de la technologie : l’édifice, tout de verre et de fonte, culminait à 33 mètres et couvrait environ 7 hectares au sol. Tout cela grâce à un nénuphar géant venu de la forêt amazonienne, dont les nervures ont trouvé l’agencement optimal pour résister aux agressions extérieures et se maintenir en surface, après une évolution de plusieurs millions d’années.

Un autre exemple d’un minimum de moyen pour un maximum d’efficacité est le bois du wapiti. Ces animaux possèdent des bois pratiquement incassables, malgré les impacts violents entre les mâles durant la saison des amours. Ces bois à la structure interne particulière sont résistants mais légers, car l’intérieur est en partie vide, et est très solide, grâce à un réseau d’arches à l’intérieur du bois qui viennent soutenir les lignes de force, pour solidifier le bois avec le moins de matière possible.

Une dernière anecdote me semble être la bienvenue, afin de nous aider à nous rendre compte que nous aussi, nous sommes une source d’inspiration potentielle pour établir des nouvelles règles structurelles applicables à grande échelle. Pour construire la Tour Eiffel (18), Gustave Eiffel s’est inspiré de la structure du fémur humain (17), qui arrive à déporter les charges du haut du corps vers le côté, au niveau de l’articulation avec la hanche. Cette réduction des effets de la pression et de la charge du poids est possible grâce à des travées osseuses, qui suivent l’inclinaison de la tête et transfèrent le poids du corps dans une grande économie de moyen. Les architectes ont réalisé qu’ils pouvaient appliquer ces principes à la construction de grands édifices. A l’image des travées incurvées dans la tête du fémur, un treillage de poutres et de traverses métalliques supportent ici les arches, et transfèrent le poids de la tour sur les côtés, avec la même finesse que la structure interne de l’os humain. Cet exemple nous prouve également que nous avons encore beaucoup à apprendre de nous-mêmes, et que nous renfermons également des secrets d’innovation pouvant être utiles pour des recherches structurelles.

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CI-CONTRE : Je ne sais où, je ne sais dans quel pays, je ne sais quand mais je sais qu’il y a des vagues

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5. matériaux Le champ d’étude des matériaux est un domaine biomimétique très prometteur, et qui connait aujourd’hui le plus grand intérêt des scientifiques parmi tous les domaines de recherche évoqués précédemment. En effet, bon nombres de recherches ont vu le jour ces deux dernières décennies afin de tenter de comprendre et reproduire des matériaux aux caractéristiques incroyables et avec un fort potentiel pour l’utilisation à notre échelle. La nature comporte des matériaux aux structures et propriétés étonnantes, qui se sont développées et ont évolué pendant des milliards d’années.

La perfection atteinte par certains d’entres eux constitue un large panel de possibilité pour l’être humain.

Les éléments naturels ont, dans la majorité des cas, une surface hydrophobe. Cependant, certains vont bien au delà. La nature est extrêmement économe, il n’y a rien de superflus en elle, tout élément a sa fonction propre et en remplit même plusieurs simultanément.

Le lotus sacré (19) est une plante très particulière, En effet, rien n’adhère à sa surface : ni l’eau ni la colle. Cela est dû au fait que la feuille du lotus est recouverte de microscopiques cristaux de cire (20), ces piques minuscules réduisent considérablement la surface de contact entre la feuille et la goutte d’eau. Ainsi, celle-ci roule jusqu’à l’extrémité de la feuille en absorbant toutes les impuretés et salissures sur son chemin. Nous ne songions même pas à reproduire cette microstructure il y a quelques années encore. Désormais, cette structure matérielle est reprise pour des peintures de façade aux textiles non salissants. Si ce principe devait se généraliser, ces applications pourraient être considérables : pour la seule année 2008, nous avons produit et jeté 12 millions de tonnes de détergent et de lessive rien qu’en Europe. Bon nombre d’êtres vivants parviennent à rester propres et en bonne santé sans avoir recours à des produits chimiques, les bâtiments prendront bientôt exemple sur eux. Les peintures utilisées actuellement dans le bâtiment se salissent vite, notamment à cause des coulées d’eau le long des façades, en utilisant des peintures basées sur le principe de la feuille de lotus, on pourrait revêtir les façades d’un enduit hydrophobes et surtout auto-nettoyant.

L’effet lotus n’est que la première d’une des applications du biomimétisme qui pourrait changer notre quotidien.

Dans le monde du textile, grâce à l’étude des ailes des papillons, on peut désormais reconstituer des couleurs grâce à l’effet d’iridescence généré par des infimes couches qui réfléchissent, dévient ou absorbent la lumière. On peut ainsi donner n’importe quelle couleur à une surface sans utiliser de pigments chimiques. En effet, les ailes de papillon ne comportent aucun pigment.

Une espèce animale en particulier intéresse les scientifiques : les araignées. En effet, certaines espèces d’arachnides nous ouvrent un champ des possibles révolutionnaire dans le domaine des matériaux. D’après des articles de David Knight, zoologue à l’université d’Oxford, la soie ultra résistante des araignées ou des verres à soie est considéré comme un des miracles de la nature, sa fabrication passe par un procédé très sophistiqué (21). Elles ont quelque chose d'absolument étonnant et de très élaboré : un appareil à tisser microscopique contenu dans leur abdomen (22). Il y a 7 petits appareils de la sorte qui produisent un matériau extrêmement sophistiqué dans le plus grand respect des principes écologiques. Le seul solvant qu’elles utilisent est de l’eau, pas de solvants toxiques ou d’acide sulfurique concentré qu’on retrouve dans certains plastique fabriqués par l’homme. Ce matériau est biodégradable, et quand il se décompose, il forme un engrais biodégradable.

De nombreux ingénieurs cherchent à produire des toiles d’araignée synthétiques, surtout pour des raisons écologiques. Une araignée a plusieurs glandes d’où sortent des fils de différentes épaisseurs.

Chez la plupart des espèces, il y en a 4 qu’on peut combiner de différentes sortes. Si nous devions faire un t-shirt à partir du plus solide d’entre eux, nul doute qu’il serait à l’épreuve des balles. Les fils d'araignée sont constitués d’un mélange de différentes protéines, contrairement à nos fils polymères qui proviennent du carbone fossile. Pour D. Knight, les choses sont claires : pour fabriquer un fil aussi solide que celui de l’araignée, il faut procéder comme elle. Il a réussi à créer un prototype encourageant dont le potentiel de développement est fort. Quand cette technique sera au point, un 27

marché important s'ouvrira aux ingénieurs. C’est une fibre qui présente un intérêt primordial pour la médecine par exemple, pour fabriquer des bandages, ou des prothèses ligamentaires, notamment puisque les fils sont constituées de fibres biologique qui ne sont pas nocives pour nous et compatibles avec le corps humain. Dans le domaine de l’architecture, ce matériau étonnant nous permettrait de réaliser des structures légère et ultra-résistante. Nous disposerions d’une technologie naturelle intégrée dans le cycle de la matière et qui pourra être exploitée dans la fabrication de nombreux produits de construction, mais aussi du quotidien.

Pendant très longtemps, nous avons récolté les produits de la nature et nous avons parfois exagéré. Il y a environ 10 000 ans, nous avons domestiqué les organismes. Au lieu d’aller à la chasse pour ramener du miel, nous avons regroupé et domestiqué les abeilles. Nous abordons désormais une ère nouvelle, au lieu de récolter le produit ou d’élever et de domestiquer le producteur, nous sommes nous même devenus les producteurs du produit.

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Nous avons donc balayer les grands domaines de recherche biomimétique, chacun ayant des applications possibles dans différents aspects de nos vie, au plus proche de nous comme pour l’industrie du textile, ou dans les industries du bâtiment, de l’aéronautique, etc… Ces recherches spécifiques peuvent être utiles notamment en architecture, comme nous avons pu le voir dans quelques exemples cités précédemment. Seulement, un point important à souligner est que ces recherches auront certes une utilité à leur niveau, mais si nous prenons l’exemple d’un projet urbain ou architectural, une étude biomimétique de matériau pourrait venir en contradiction avec d’autres aspects du projet si ils ne sont pas eux aussi conçus dans une volonté durable. Ainsi, réfléchir à comment relier tous ces domaines reviendrait à se baser sur un principe symbiotique et synergique que la nature met en place dans chaque aspect de la vie au travers des écosystèmes.

Quels seraient les grands axes de réflexion que l’humain pourrait développer afin de s’inscrire dans une démarche durable qui prendrait en compte l’aspect global d’un système ou d’un projet, comme le fait la nature ?

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BIOM IMÉT ISME

G R A N D S AXES À UNE É C H E L L E G LO B A L E

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CI-CONTRE : Ours Kodiak

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“La chimie verte remplace notre chimie industrielle par le livre de recettes de la nature.�

Janine M Benyus

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Remettre en cause tout notre système ne semble pas être évident, mais il faut bien commencer quelque part. Nous verrons donc par la suite 3 grands axes de pensée et de développements biomimétiques, applicables à une échelle globale dans un projet architecturale ou dans un système composés d’acteurs indépendants. Ces 3 grands axes ont notamment été développés par de nombreux articles et projets de Michael Pawlyn, un architecte britannique renommé pour ses travaux dans le domaine de l'architecture biomimétique et de l’innovation. Il énonce cependant des plans qui ne sont pas seulement valables en architecture, mais surtout qui ont pour objectif une évolution positive de notre société dans sa globalité, basés sur ce que la nature fait : passer d’une utilisation des ressources linéaires et polluantes à un modèle en circuit fermé, passer d’une économie de combustibles fossiles à une économie solaire, et enfin, augmenter radicalement le rendement des ressources.

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1. ACCroissement du rendement En observant la nature, les scientifiques se sont aperçus qu’en se basant sur l’utilisation des ressources des êtres vivants, et en imitant au maximum les économies qu’ils en font, nous pourrions probablement arriver à économiser 10 fois, 100 fois, voir même 1000 fois nos ressources et notre énergie. D’un point de vue des matières « brutes » (matières premières, eau), l’augmentation du rendement passe par l’utilisation dans sa totalité d’une ressource, afin de ne produire aucun déchet et de prendre toutes les qualités d’un élément en considération. Plus concrètement, certains projets réalisés à échelle humaine démontre une autre manière d’augmenter le rendement des ressources, en minimisant les besoins matériels pour un même volume et une même fonction.

L’exemple du projet Eden (25) réalisé par Michael Pawlyn s’est basé sur une observation du vivant dans presque toutes les étapes de son projet de grande serre à Cornouailles, au Royaume-Uni. Dans un premier temps, le caractère variable et évolutif du site sur lequel devait prendre place le projet (site d’extraction de roches) a posé des questions de forme. Le concept de forme en bulle de savon (28) a été retenu pour pouvoir fonctionner indépendamment du niveau du sol (déformable donc). La forme de la structure découle de l’observation des grains de pollen (27), très volatiles, donc légers, mais surtout très solides et résistants aux perturbations climatiques et aux prédateurs.

Ce ratio solidité/légèreté est dû à un pattern modulaire en hexagones formant toute sa surface.

Ainsi la matière ne se trouve qu’au niveau des lignes de force « structurelle » du grain de pollen, et le reste se compose uniquement de vide. Reprendre ce motif structurel en hexagones assure une solidité maximale à la serre, pour une utilisation minimale de matériel. La question suivante fut de savoir comment maximiser la dimension de ces hexagones, donc trouver une solution alternative au verre, cher, lourd et offrant peu de surface par unité. C’est ainsi que l’ETFE a été choisi pour le remplacer, basé sur une étude des membranes pressurisées présentes chez certains animaux.

C’est un matériau polymère hautement résistant, assemblé en trois couches, dont les bords sont soudés, puis gonflés. Il est auto-lavant, recyclable, coute 24 à 70% moins cher et peut supporter 400 fois son propre poids. Mais surtout, son poids représente 1% du poids du verre, voici donc une économie d’un facteur de 100 réalisée. Une économie en entraînant une autre, l’équipe en charge du projet s’est ainsi rendu compte qu’avec des bulles d’ETFE aussi légères et grandes, la quantité d’acier nécessaire de la structure porteuse était elle aussi minimisée (26). Avec moins de structure opaque, la lumière du soleil pénètre plus facilement dans le bâtiment, les besoins en chauffage sont donc également réduits. Cette structure plus fine et donc plus légère a également permis de faire des économies sur les fondations. Au final, le poids de l’ensemble de la superstructure pesait moins que le poids de l’air contenu à l’intérieur du bâtiment.

L’Eden project est donc un bon exemple de maximisation des rendements des ressources, minimisant donc la quantité de matière nécessaire à sa construction, tout en assurant la même fonction. Nous avons grâce à ce dernier pu voir une réflexion biomimétique sur différents niveaux : forme, structure, fonction, besoins en énergie.

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2. Utilisation circulaire des ressources Notre utilisation moyenne actuelle des ressources fonctionne sur un cycle linéaire : la matière est extraite, transformée, exploitée ( généralement pour une durée de vie assez courte ) puis jetée.

Or, si l’on observe de plus prêt un écosystème, les éléments qui le composent fonctionnent d’une manière très différente. En effet, les déchets d’un organisme deviennent les nutriments d’un autre élément de ce système, qui lui même produit des déchets utiles pour un autre élément, et ainsi de suite. C’est d’ailleurs le grand principe de la permaculture, qui pourrait être considérée comme une agriculture basée sur une étude biomimétique. Dans le cas d’une prairie par exemple, chaque être vivant a besoin des autres êtres vivants autours de lui pour grandir et se développer correctement, en se nourrissant ou en se protégeant contre des prédateurs. Le modèle de prairie est en réalité le modèle le plus efficace d’un point de vue plantation/rendement, car les plantes peuvent évoluer et se reproduire dans un écosystème qui leur est favorable et qui leur apporte tout ce dont elles ont besoin à proximité immédiate.

Le principe d’imitation d’un d’écosystème afin d’arriver à un cycle d’utilisation des ressources circulaire est très facilement compréhensible dans les projet de Graham Wiles.

La manière dont nous avons tendance à utiliser les ressources est que nous les extrayons, nous les transformons en produits à courte durée de vie et puis nous les jetons. La nature fonctionne d'une façon très différente. Dans les écosystèmes, les déchets d'un organisme deviennent les nutriments pour quelque chose d'autre dans ce système. Il y a des exemples de projets qui ont délibérément essayé d'imiter les écosystèmes. En voici un particulièrement intéressant: le projet « du carton au caviar » de Graham Wiles, président de Green Business Network, une société de mise en relation de sociétés et d’entreprises dites écologiques. Dans ce projet, il est parvenu à identifier un chemin d’actions à partir d’un déchet plutôt commun : le carton, afin de le « transformer » en un produit de haute valeur, le caviar, en mettant en relation différents acteurs qui pouvaient trouver chacun un intérêt à récupérer les déchets de l’autre. Le processus (29) fonctionne de la manière suivante : Un restaurant recevant beaucoup de livraisons, récupère ces déchets de carton pour les revendre à des centres équestres pour en faire des litières de cheveux.

Une fois que les litières étaient « salies » par les cheveux, les morceaux de carton sont récupérés puis intégrés dans un système de compost à base de vers.

Ces vers sont revendus à un éleveur d’esturgeon afin de nourrir ses élevages.

Le oeufs d’esturgeon (caviar) sont revendus au restaurant de la première étape.

C’est ainsi que l’on crée un cycle d’utilisation des ressources fermé, fonctionnant comme un petit écosystème. Et des dizaines d’étapes pourraient s’insérer entre chaque étape déjà présente dans le projet (30). C’est un système qui est adaptable à presque tout producteurs de déchets, et qui pourraient prendre de plus en plus de place dans notre société. Ainsi, les flots de déchets pourraient être transformés au sein de projets utiles. Ce type d’exemple suggère que nous pourrions probablement transformer un de nos plus gros problèmes actuels, les déchets, en une opportunité sans pareil de partage et d’économie.

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3. économie solaire

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Chaque année, nous recevons 10 000 fois plus d’énergie solaire que nous utilisons d’énergie sous toute autre forme. Nos problèmes énergétiques ne sont donc pas insurmontables si nous réussissons à utiliser cette énergie solaire et à la transformer en électricité. Les panneaux solaires existent déjà, mais ils sont fabriqués avec des matières transformées, non recyclables, et nécessitant une grande quantité d’énergie pour obtenir les alliages ou matériaux voulus. Une technologie pas si novatrice que ça peut parfaitement remplir ce rôle en étant moins destructrice pour la planète : l’énergie solaire concentrée par des miroirs orientables. Les rayons solaires se reflètent sur les miroirs, orientés vers un ou plusieurs point de « concentration », qui les transforment en énergie électrique grâce à un système d’évaporation d’eau, chauffée par ces rayons. Ce système nécessite cependant une alimentation en eau déminéralisée. Charlie Patton, un inventeur britannique a trouvé une solution pour approvisionner cette technologie même dans les régions les plus arides de la planète, grâce à la Serre Seawater. En 2010, Michael Pawlyn et Charlie Patton ont travaillé sur un moyen de combiner leurs projets afin d’en créer un plus large, le Sahara Forest Project (36), qui viendrait non seulement s’intégrer dans une volonté d’économie solaire, mais aussi dans la création d’un éco système plus large autour des installations d’énergie solaire concentrée afin qu’ils soient autonomes.

Le principe (31) est le suivant : Une petite quantité d’eau est extraite des côtes (nécessairement assez proches) Cette eau vient couler lentement sur la façade de la serre Seawater, composée entièrement de grille d’évaporation Le vent souffle au travers de cette façade, se gorge d’humidité et se rafraîchit À l’intérieur de la serre, l’air est frais et humide, ce qui engendre un besoin plus faible en eau pour faire pousser les plantes qui s’y trouvent Sur l’autre façade, une grande partie de l’humidité est condensée en eau potable grâce à un système similaire à celui des carapaces de Ténébryon du désert exposé dans le II. 1 Cette serre produit légèrement plus d’eau que nécessaire pour les plantes Cette eau supplémentaire sert à alimenter le système d’énergie solaire concentrée, afin de générer l’énergie nécessaire pour les systèmes d’évaporation de la façade principale Elle sert également à hydrater le sol environnant la serre, associée à l’humidité élevée, afin de rendre le sol à l’origine stérile, fertile.

La transformation du lieu comme nous pouvons le voir sur les photos (32) (33) parle d’elle-même.

Ce projet s’inscrit dans une volonté de conception durable, allant même à un niveau de conception reconstructice.

Pour aller encore plus loin, un système parallèle a été mis en place. La question qui s’est posée a été la gestion de tout le sel résultant de l’évaporation de l’eau de mer. En biomimétisme, lorsque nous avons une ressource non-utilisée, la question n’est pas de savoir comment s’en débarrasser, mais plutôt comment l’ajouter au système initiale pour la rendre utile. Lorsque de l’eau de mer s’évapore, le premier élément qui se cristallise est le carbonate de calcium, qui vient recouvrir les grilles d’évaporation. Ces couches de carbonate de calcium peuvent être utilisées comme bloc de construction (35), comme dans cet hôtel en Bolivie (35) par exemple. Ici nous avons donc un système parallèle où du carbone sorti de l’atmosphère et dissout dans la mer serait finalement emprisonné dans des blocs de construction.

C’est le genre de synergie, de symbiose qui nous prouve que tout système, si il est bien pensé, peut devenir autonome et utiliser toutes les ressources et les déchets mis à sa disposition dans un but précis et utile pour une autre partie du système. Ce projet regroupe donc les principes d’accroissement du rendement des ressources, du cycle fermé d’utilisation des ressources, et de l’utilisation de l’énergie solaire. Aucune émission de CO2 n’est générée, tous les déchets sont utilisés, alimentant une source d’énergie renouvelable et abondante, et venant au final régénérer une zone totalement stérile et hostile pour l’homme.

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CI-CONTRE : Je ne sais où, je ne sais dans quel pays, je ne sais quand mais je sais qu’il y a des vagues

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CI-CONTRE : Feuilles de bananier 37

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Michael Pawlyn résume cette expérience de création comme étant : « une façon vraiment positive de parler de conception durable. Le discours sur l'environnement a beaucoup trop recours à un langage très négatif. Mais ici il s'agit de synergie, d'abondance et d'optimisation. Et c'est un point important. vous devez illuminer les âmes des gens avec des visions d'exploration de rivages lointains. Et c'est ce que nous devons faire, alors soyons positifs, et progressons avec ce qui pourrait être la plus excitante période d'innovation que nous n'ayons jamais vue. » Cet état d’esprit est celui que nous devrions tous avoir en tête, afin de revoir nos priorités tout en gardant une conscience des enjeux actuels.

Cependant, le biomimétisme n’est pas aussi accessible que nous pourrions le croire, et comme tout domaine sceintifique, il doit être régi par quelques règles et surtout par une volonté particulière de durabilité. Le monde n’est peut-être pas encore prêt à accueillir le biomimétisme comme le nouveau domaine de recherche qui viendra bouleverser nos vies, c’est pourquoi nous devons tout de mêmes garder à l’esprit les limites et la viabilité de ces innovations.

Quelles sont les règles à respecter pour s’inscrire dans une vraie démarche de recherche biomimétique ? Quel futur peut-on envisager pour ce domaine d’innovation ?

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BIOM IMÉT ISME

CONDITIONS ET VIABILITÉ

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CI-CONTRE : Grand requin blanc / Hawaï

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CI-CONTRE : Prairie storm over cano- 39 la fields / Alberta

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Dans cette dernière partie, nous allons aborder les différents points qui me semblent poser des limites à l’opportunité que représente le biomimétisme. Comme toutes nouvelles innovations, la nature a posé certaines règles immuables en son sein afin de conserver l’équilibre naturel entre tous les organismes vivants. L’homme s’est détaché de son écosystème en créant un environnement artificiel autours de lui. Afin de revenir aux sources, et de se réintégrer dans la boucle naturel de notre planète, nous devons prendre un compte l’importance des liens très forts qui unissent les êtres vivants à leurs environnement, et qui les unissent entre eux. La symbiose est un des fondements principaux du bon fonctionnement d’un écosystème. Et c’est ce point crucial qui peut nous permettre d’utiliser le biomimétisme comme un outil pour la vie et non pas contre la vie, comme nous l’avons vu dans les exemples du III.

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1. Biomimétisme formel Le biomimétisme formel est un domaine ambigu, où la recherche basée sur la nature est dans la plupart des cas uniquement vouée à une visée esthétique. Cette approche, certes biomimétique dans le sens ou elle s’inspire d’une forme naturelle, ne correspond pas à la pensée globale dans laquelle devrait s’inscrire nos recherches. Tout oeuvre ou projet qui n’aurait pas pour but une durabilité et un ancrage dans son environnement ne peut être efficace face aux enjeux actuels. Nous allons tout de même voir quelques exemples d’architecture biomimétique, car ils pourront nous apporter une vision artistique et esthétique de ce genre d’architecture.

Le premier exemple que nous allons prendre est celui de la gare de l’aéroport de Lyon Saint Exupéry (44), réalisé par Santiago Calatrava en 1994. Son architecture audacieuse, qui vient tout de suite marquer le paysage lorsque l’on arrive à l’aéroport, évoque l’envol d’un oiseau. À l'intérieur du hall, l’impression de se trouver à l’intérieur de la cage thoracique de l’oiseau est très présente, et l’on s’attend presque à le voir entrer en mouvement. Ce bâtiment est impressionnant d’un point de vue architectural, au vue de la structure organique mise en place, totalement visible de l’intérieur comme de l’extérieur. Les avis ont, comme souvent, été très partagés sur cette réalisation, qualifiée de « reproduction fidèle d’une maquette séduisante à petite échelle plus qu’une recherche de fonctionnalité et d’efficacité. » Cependant, nous allons nous intéresser plutôt aux motivations de l’architecte et aux répercutions sur l’utilisation du bâtiment après sa construction. Calatrava s’est donc inspiré de l’oiseau pendant son envol pour la forme de sa réalisation, la colonne vertébrale de l’oiseau culmine à 38 mètres de hauteur grâce à une poutre métallique courbe, auquel sont rattachés des cônes tronqués pour former les ailes de 100 mètres d’envergue. L’avantage de cette structure est qu’elle permet une grande entrée de lumière naturelle dans l’édifice. Cependant, cette objectif n’est pas du tout celui d’un oiseau, et cette structure offre peu d’avantage d’un point de vue fonctionnel ou des besoins énergétiques. Elle s’inscrit donc dans une architecture biomimétique à visée purement esthétique, et n’offre aucune proposition pour gérer les enjeux actuels des projets architecturaux, comme la ventilation, les besoins en chauffage, la réversibilité, etc… Cette réalisation est donc impressionnante mais peu novatrice, en dehors de l’aspect purement formel.

Voici quelques autres exemples : voir photos (42)(43)(44)(45) Ces architectures et leur inspiration, ci-contre, peuvent sembler très attrayantes, mais les analogies formelles utilisées ne témoignent pas d’une posture biomimétique. En compasraison, le lien entre le bâtiment de l’Eastgate Center et le monde vivant semble de prime abord plutôt étonnant. Il est vrai que l’aspect esthétique du bâtiment ne renvoie pas à un registre de forme se référant aux analogie biologiques. Pourtant ce bâtiment est biomimétique dans sa démarche, car il se sert du modèle de la termitière pour gérer efficacement les flux et réduire au maximum les besoins énergétiques, avec un système de ventilation passif. Il se sert de ressources locales, et conçoit son projet de manière à ce qu’il ait peu d’impact sur son environnement. Il sort du modèle de la tour de bureaux vitrées très cher à construire, à entretenir et à chauffer. Cet exemple montre bien que l’aspect naturel dans la forme n’est pas toujours synonyme de pensée biomimétique, et inversement.

Cette différenciation entre biomimétisme esthétique et biomimétisme réflexif est donc très important à saisir pour ne pas se perdre dans les différentes architectures déjà construites que nous pourrions prendre en exemple dans une démarche éco-responsable. La motivation écologique reste le seul vrai point de départ de la recherche biomimétique dans un projet. L’inspiration formelle reste cependant une preuve que la nature n’est pas qu’intelligente, mais elle est aussi artistiquement parlant impressionnante et sa beauté en est venue à inspirer bon nombres d’architectes et de designers.

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“ L’idée même du progrès est à repenser. L’idéologie du progrès laissait croire que la technologie résoudrait tous les problèmes. Pour repenser le progrès, il faut l’articuler autour du concept de coévolution, c’est à dire l’interaction constante entre les espèces et leur environnement. “ Pascal Picq

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2. Limites dans la mise en application Une autre limite majeure du biomimétisme est la mise à l’échelle. Nous ne l’avons pas évoqué avant mais c’est une question qui se pose dans chacun des champs d’application du biomimétisme exposés dans le II. Toutes les recherches portent sur des êtres vivants qui se développent, se nourrissent, et vivent de manière générale à une échelle bien inférieure à celle de l’être humain.

Prenons l’exemple de la coquille de l’ormeau exposée dans le II. 3, la formation particulièrement intéressante se fait à l’échelle de quelques centimètres et sur une période assez longue correspondant au développement de l’animal. Serait-il possible de concevoir un bâtiment sur ce principe, en multipliant donc ce procédé par une échelle de 100, voir 1000 ? La réponse semble encore floue, et pose débat dans la communauté scientifique. La possibilité est bien envisageable, mais elle demanderait sûrement un temps bien plus long de production, et devrait être soumise à de nombreux tests pour vérifier la viabilité et la solidité d’une telle structure à une échelle aussi grande. Avec l’exemple de l’Eastgate Center cité plus haut, nous avons cependant la preuve que le biomimétisme fonctionnel a quant a lui, de grandes chances de ne pas être aussi limité par la question de la mise à l’échelle. Le domaine des matériaux est également moins soumis à ce genre de problème, répéter un motif un nombre conséquent de fois n’en altère pas forcément les propriétés. D’un point de vue de la structure, bon nombres de réalisation nous ont déjà prouvé que la mise à l’échelle ne posait pas problème si elle était bien traitée, comme pour la Tour Eiffel ou le Crystal Palace. La question du biomimétisme dans l’étude des processus est donc la plus grande interrogation actuellement, puisque c’est un domaine qui travaille à l’échelle moléculaire, voir atomique, et ce que ce soit chez les insectes ou chez l’être humain. Sa mise en pratique risque donc d’être plus longue, et de demander des recherches plus approfondies que les autres domaines.

3. Perspectives d’avenir Janine benyus prône une approche scientifique différente : « avant toute chose, les bioniciens devraient apprendre à tempérer leur activité, à faire preuve d'humilité, à se garder de toutes démesures. […] On vit dans un environnement pollué, le climat se dérègle pour ne citer que quelques uns de nos problèmes. Il est temps d'avoir des idées innovantes, de marquer une pause, de se taire pour un moment et d’écouter, sortir ses carnets de notes et s’inspirer d’autres modèles qui ne sont pas moins brillants, et ils sont dénués d’effets secondaires néfastes. C’est toute l’astuce, ces organismes ont réussi à faire ce que nous tentons de faire, sans compromettre l’avenir. » En effet, comment pourrait on aller ailleurs que sur la voie du biomimétisme ? Pour une fois le scientifique nous pose une question de raison, mettant la science au service de la nature. Il faut cependant que toute la communauté scientifique soit prête à faire ce chemin, car seul un effort commun pourra nous amener des réponses efficaces rapidement. Cependant, comme Gauthier Chapelle et l’architecte Dirk Henning Braun le rappellent « Les sources d'énergies fossiles non renouvelables traditionnellement utilisées au XXeme siècle ne sont pas encore assez chères pour que l'on investisse dans la recherche vers des énergies renouvelables comme le biomimétisme. […] les investisseurs ne souhaitent pas, à l'heure actuelle, investir dans une technologie qui semble bien utopique. » Devrons-nous attendre que la pénurie d’énergie fossile impacte réellement leur coût pour que la communauté scientifique au complet se penche sur une alternative viable ? Cela me semble être malheureusement une vérité indéniable, malgré une prise de conscience de plus en plus présente des populations sur les questions écologiques. Le changement est une chose difficile à accepter et à mettre en place, mais il va s’avérer fatalement nécessaire. Espérons qu’il ne sera pas trop tard à ce moment là pour inverser la tendance et rendre à notre planète ce qu’elle nous a donné depuis des milliers d’années.

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BIOM IMÉT ISME C C S 50

O L I O

N U N

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CI-CONTRE : Taieri Mouth / Nouvelle-Zélande

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« Il faut que nous comprenions que nous faisons partie de la nature, et qu’à ce titre nous sommes soumis aux mêmes règles qu’elle. Il y a des principes, des normes, des modes de fonctionnement qui ont été observés par la nature pendant des milliards d’années, nous ne pouvons pas nous en affranchir, nous aussi nous devons nous plier à la sélection naturelle. Nos technologies seront jugées pour ou moins bien adaptées : soit elles soutiennent la vie, soit elles la détruisent. Ce qui est intéressant, c’est que c’est à nous de choisir. C’est à nous de voir si nous voulons changer les choses en bien plutôt qu’en mal. » Janine M. Benyus

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Les hommes produisent des substances et des matériaux qui nécessitent un nettoyage régulier, la nature applique un principe simple : l’auto nettoyage. Nous avons beaucoup recours à des énergies fossiles pour produire nos matériaux, la nature utilise de l’énergie propre. Nous exploitons de minerais, la nature pour produire ses matériaux utilise des matières premières : de l’air et de l’eau.

Nos déchets ont une durée de vie bien trop longue, tous les autres êtres vivants respectent les cycles de la nature. Je pense que notre espèce peut être bien accueillie sur terre, mais il nous faut apprendre comme d’autres organismes vivants avant nous, à nous intégrer au cycle de la matière et aux flux d'énergie, sans laisser derrière nous des monceaux de déchets. Janine Benyus conclut son livre par une explication assez simple mais pourtant très forte de l’état actuel des choses, et de ce que nous devons comprendre pour avancer dans une voie viable pour l’espèce humaine, mais aussi pour la biosphère.

Le potentiel du biomimétisme est indéniable, puisque tous les exemples dont il s’inspire sont des modèles en terme de durabilité et d’économie des ressources. Chaque être vivant, écosystème a forcément quelque chose à nous apprendre, même si c’est une avancée minime, cela reste tout de même une avancée dans la compréhension du monde qui nous entoure. Cela ne veut cependant pas forcément dire que tout ce que nous avons à en tirer sera bénéfique pour cette nature ellemême. Le potentiel de destruction de l’espèce humaine semble évident, et cette nouvelle voie nous amènera peut-être vers une situation qui serait peu souhaitable : mettre à mal la nature au nom de la nature. Une surexploitation des espaces, un impact négatif sur les écosystèmes étudiés, etc.. sont des risques possibles si nous tendions à nous baser sur le monde vivant pour tous les domaines de recherche, pour tous les aspects de nos vies. Nous l’avons bien vu en partie I., même partie d’une bonne intention, la mise en place de normes, règles et éthiques quant à cette nouvelle science ne suffiront pas à nous protéger des risques de dérive de son approfondissement scientifique. Ce qu’il faut avant toute chose, c’est connaître et comprendre toutes les facettes d’un organisme. Si nous le considérons dans son environnement, nous éviterons peut-être de ne retenir de lui que cette qualité particulière qui nous permettra d’en tirer profit.

Comme répété tout au long des différentes parties, la prise de conscience et la motivation écologique est absolument nécessaire pour que ce nouveau champ d’étude puisse être réellement mis en place. Cette prise de conscience est, de mon point de vue, au début de son développement.

Nous pouvons tous admettre que cette année a marqué un tournant en terme de médiatisation et de remise en question de nos modes de vie, au vue des crises écologiques auxquelles nous commençons à faire face. La marche pour le climat, la pétition de l’Affaire du siècle les blocage de la Défense à Paris, et encore d’autres rassemblements et prises de paroles nous prouvent que ce mode de pensée est en train de s’installer dans le monde, et particulièrement la nouvelle génération. Ces différents mouvements ont tous été portés et symbolisé par des adolescents ou jeunes adultes, donnant un nouveau souffle à ce discours. Personnellement, je l’observe dans la vie de tous les jours, au travers d’amis qui privilégient faire de longs trajets en covoiturage plutôt que de prendre l’avion, ou de ne plus acheter de viande ou produits de tel ou tel groupe connu pour un non respect de l’environnement, et encore bien d’autres. L’espoir que ce rapport d’étude puisse aider ne serait-ce que deux ou trois personnes à prendre conscience des possibilités que la nature nous offre, notamment en tant qu’étudiants en architecture, m’a permis d’avoir la volonté de prendre réellement conscience, moimême, de la signification et de l’importance du message que le biomimétisme transmet. J’ai pu découvrir un véritable mode de pensée, un appel à l’observation et à l’humilité face à l’intelligence de la nature, qui m’amèneront, j’en suis sûre, à me poser des questions que je n’aurai jamais envisagées il y a un an sur tous les aspects de ma vie. N’est ce pas le but de ce rapport d’étude ? Si c’est le cas, je souhaite à toute personne le lisant d’y découvrir un nouveau monde, une nouvelle vision appelant à la curiosité et à l’espoir de l’innovation, qui seront probablement au coeur de nos vie d’ici quelques décennies.

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CI-CONTRE : Poisson clown à collier dans une anémone marine

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CI-CONTRE : Montery Bay / 48 California

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iconographie 1. Chemin de la Pointe de Bilfot / Normandie, https://i.pinimg.com/564x/ca/78/c5/ca78c566c11961ae2d04b8a0b6f34e51.jpg 2. Mont Annapurna / Népal, https://www.bloglovin.com/blogs/a-well-traveled-woman-2611380/ photo-3517968155 3. Braemar Cairngorms National Parc / Écosse, https://helloancolie.tumblr.com/post/65190873658 4. Moutons dans les pâturages du Mont Barker / Nouvelle-Zélande, https://whathephoque.tumblr. com/post/104192712995 5. Imlili / Maroc, https://i.pinimg.com/564x/6a/0d/9a/6a0d9a2ad9c5f5b26d50d6ba67e0d136.jpg 6. Dendobrium secundum, https://i.pinimg.com/564x/1d/23/42/1d2342a7971259d4b0123ec182ad83d6.jpg 7. Scarabée de Ténébrion, https://fr.wikipedia.org/wiki/Ténébrion_meunier 8. HygroSkin Project, http://194.199.196.229/So921/?p=1846 9. HygroSkin Project, http://194.199.196.229/So921/?p=1846 10. HygroSkin Project, http://194.199.196.229/So921/?p=1846 11. Pomme de pin, http://194.199.196.229/So921/?p=1846 12. Molécule de chitine, https://fr.wikipedia.org/wiki/Chitine 13. Coquille d’ormeau, https://ethnolia.net/encens-chamaniques/9-coquille-d-ormeau.html 14. Nacre vue au microscope, http://www.univ-angers.fr/fr/recherche/poles-et-unites/services-communs-de-recherche/sciam.html 15. Victoria d’Amazonie / Amazonie, http://routardenvadrouille.e-monsite.com/pages/reportages-de-clione/flandres/page-16.html 16. Crystal Palace, https://www.tendances-de-mode.com/breves-3 17. Fémur humain, http://memorize.com/femur/lichtopdezaak 18. Tour Eiffel / France, https://i.pinimg.com/564x/9e/8c/c1/9e8cc178a06f73eb82d5e9eeb6cc8500.jpg 19. Goutte d’eau sur une feuille de lotus, https://500px.com/photo/163451275/water-drop-byseong-yeon-kim?utm_campaign=nativeshare&utm_content=web&utm_medium=pinterest&utm_ source=500px 20. Surface du lotus au microscope, 21. Toile d’araignée, https://i.pinimg.com/564x/1a/76/ba/1a76bad629cb29febc22398baf99be6d. jpg 22. Abdomen d’une araignée au microscope, https://pbs.twimg.com/media/CdqHuKxW4AQdd07. jpg:large 24. Ours Kodiak, https://i.pinimg.com/564x/6a/0d/9a/6a0d9a2ad9c5f5b26d50d6ba67e0d136.jpg 25. Eden Project / Royaume-Uni, https://i.pinimg.com/564x/c8/7a/f2/c87af247c68c5c8f1b8b5561cf994f21.jpg 26. Eden Project, https://www.cardiffstudents.com/events/11505/9138/ 27. Grain de pollen, https://www.maxisciences.com/pollen/le-pollen-de-minuscules-grains-photographies-au-microscope_art14084.html 28. Forme Eden Project, https://www.cardiffstudents.com/events/11505/9138/ 29. From cardboard to caviar, https://www.ted.com/talks/michael_pawlyn_using_nature_s_genius_ in_architecture?language=fr 30. From cardboard to caviar, https://www.ted.com/talks/michael_pawlyn_using_nature_s_genius_ in_architecture?language=fr 31. Principe serre Seawater, https://i.pinimg.com/originals/3f/1b/bd/3f1bbd493c0d81c827ffc4c6311414ab.jpg 32. Serre Seawater / Tenerife, https://seawatergreenhouse.com 33. Serre Seawater / Tenerife, https://seawatergreenhouse.com 34. Bloc de carbonate de calcium, https://www.ted.com/talks/michael_pawlyn_using_nature_s_genius_in_architecture?language=fr

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35. Hôtel en Bolivie, https://www.ted.com/talks/michael_pawlyn_using_nature_s_genius_in_architecture?language=fr 36. Sahara Forest Project, https://positivr.fr/wp-content/uploads/2017/09/image-une-sahara-forest-project-oasis-durable-desert-jordanie.jpg 37. Feuilles de bananier, https://i.pinimg.com/originals/7a/c4/ca/7ac4caae84773b757840e6b912e25682.jpg 38. Grand requin / Hawaï, https://www.instagram.com/p/BlkAI0yDHcq/ 39. Prairie storm over canola fields / Alberta, https://thisherelight.com/post/124954893601/prairiestorm-over-canola-fields-alberta-im 40. Gare de l’aéroport de Lyon-Saint-exupéry / France, https://i.pinimg.com/564x/62/21/ d8/6221d890b0d5df4b15d54b8d10ed042c.jpg 41. Mouettes, https://cdn.pixabay.com/photo/2017/08/05/18/22/flying-seagull-2584980_960_720. jpg 42. Docks en Seine, Cité de la mode et du design / France, https://www.axians.fr/wp-content/ uploads/2017/01/docks_jamesewing2009_4a_adaptive_resize-1920x1080.jpg 43. Lézard vert, https://zoom.disneynature.fr/sites/default/files/styles/node__article__main_image__ full/public/legacy_files/2015/5/news/images/bios_1598596.jpg?itok=qze8ERDu 44.Dragspelhuset / Suède, https://66.media.tumblr.com/0f0c920db897ab05982415b1ca66902e/ tumblr_pjf5f1pUCT1qzwmsso1_1280.jpg 45. Scarabée géant d’Amazonie, https://img-4.linternaute.com/1vnIJsxASabyME6cmWjML8Lcu78=/fit-in/620x/smart/8a03a02731e44b0894876aa25f89a74e/ccmcms-linternaute/1144266.jpg 46. Taieri Mouth / Nouvelle-Zélande, https://i.pinimg.com/originals/dc/e2/e2/dce2e2205d7c674bb98cf4c9636c4a7d.jpg 47. Poisson clown à collier dans une anémone marine, http://www.divephotoguide.com/user/HoracioMartinez/gallery/think-pink-2023/ 48. Monterey Bay / California, http://aima007.blogspot.com/2013/08/olivier-blaise.html

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ADÈLE BARGUèS E. 642 RAPPORT D’ÉTUDE Resp. Jean-philippe AUBANEL ÉCOLE NATIONALE SUPÉRIEURE D’ARCHITECTURE DE LYON 2019

Les hommes produisent des substances et des matériaux qui nécessitent un nettoyage régulier, la nature applique un principe simple: l’auto nettoyage. Nous avons beaucoup recours à des énergies fossiles pour produire nos matériaux, la nature utilise de l’énergie propre.

Nous exploitons des minerais, la nature, pour produire ses matériaux, utilise des matières premières : de l’air et de l’eau. Nos déchets ont une durée de vie bien trop longue, tous les autres êtres vivants respectent les cycles de la nature. La nature a réussi à se maintenir pendant 3,8 milliards d’années sur terre, en créant des écosystèmes auto-suffisants, sans aucune émission de CO2, où tous les déchets sont utilisés, et basé sur l’utilisation d’une énergie renouvelable et abondante.

Pourquoi pas nous? « Le biomimétisme ouvre une ère fondée non pas sur ce que nous pouvons extraire du monde naturel, mais sur ce que nous pouvons apprendre. » Janine M. Benyus

Mankind produces substances and materials that needs regular cleaning, nature has a simple principle : auto-cleaning. We have recourse to fossil energy to produce our materials, nature uses clean energy. We exploit minerals, nature uses raw material : air and water.

Our waste have a too long lifetime, while every other living creatures respect the nature’s cycle. Nature managed to maintain itself on earth during 3,8 billions years, by creating selfsufficient systems, without any C02 emissions, where all the waste are used, and based on renewable and abundant energy.

Why don’t we ?

«Biomimicry opens an era not built on what we can extract from the natural world, but on what we can learn from him.»

Janine M. Benyus