Le biomimétisme, peut il mener à une architecture vivante ? by Guillaume MARTIN

ENSAPVS

2016/2017

Le biomimétisme, peut-il mener à une

architecture vivante? Martin Guillaume

Atelier de Recherche Hypermédia Suivi par M.Olivier BOUET

Sommaire Introduction

1 Une histoire de Biomimétisme

1.1 Etymologie, origine et évolution du terme

1.2 Une notion naturelle de l’imitation

1.3 Une brève histoire d’inspiration

1.4 Nature et volonté

1.5 Entre affranchissement et besoin vital

1.6 Un point et un début

2 Quand la nature devient soucre de développerment

2.1 La Bio-technologies

23 24

2.2 La Bio-ingénierie

2.3 La Bionique

2.4 L’économie de la connaissance

2.5 La «méta-écologie»

3 Biomimétisme et architecture

2.6 Notions diffénretes et similaires

3.1 Systémique ou concevoir par l’ensemble

3.2 Technologie numérique et morphogénèse

3.3 Quand la conception devient auto-générative, Les Automates Cellulaire

3.4 Quand le numérique devient proliférant, Les L-systèmes

3.5 Quand le virtuelle devient physique, Les technologie de l’interactivité

4 Expériementations et tentatives d’applications

4.1 Expériementation 1, Le pavillon Hygroskin et l’effet Bilame

4.2 Expériementation 2, le Pinecone pavillon

106

4.3 Expériementation 3, Diaphragme à effet bilame

108

4.4 Expériemention 4, Fibre de carbone et Robotique

110

4.5 Application, Projet Tanhualin

114

Conclusion

123

126

Bibliographie / Webographie

Introduction Dans le monde d’aujourd’hui, les crises économiques, énergétiques et sociétales sont au cœur des questionnements de notre société. La prise de conscience sur l’environnement a fait émerger bon nombre de réflexions qui interagissent à tous les niveaux. L’architecture et l’urbanisme ne dérogent pas à la règle, ils ont donc vu naître un certain nombre de pensées sur la façon de concevoir l’habitat dans lequel nous vivons.

Mon mémoire tend à s’inscrire au cœur de ces réflexions, notamment sur les conceptions bioinspirées. Rechercher dans la nature les mécanismes qui permettent d’optimiser au mieux ce qui construit le milieu dans lequel nous évoluons. Ces questions tentent de s’approcher au plus près d’une conception en accord avec l’environnement.

Pour ce faire, mon travail raisonnement se base sur le biomimétisme. Dans ce mémoire nous tenterons de définir et de développer ces notions à partir d’exemples appliqués dans différents domaines et en architecture. En parallèle, nous étudierons les réflexions de la méta-écologie réagissant sur l’échelle urbaine, au travers de différents aspects, notamment historiques, évoluant au rythme des crises énergétiques et qui se développent encore petit à petit aujourd’hui.

Ces questions sont fondamentales à mon sens, car dans la dynamique et les enjeux environnementaux actuels, ces études et ces réflexion développent de nouvelles évolutions dans la manière de penser l’architecture, non plus comme élément objet ou utilitaire, mais comme un corps vivant, réagissant en harmonie avec son environnement physique, climatique, sociologique. Et répondant ainsi à des problématiques de grande échelle créant, à l’image de la nature, la résilience nécessaire à la pérennisation sociétale et humaine.

Dans ce cadre, l’importance du fonctionnement des systèmes naturels est un point clé. Aussi, nous étudierons quelques uns de ces systèmes, comme les microsystèmes ou la capacité des cellules organiques à s’auto-organisé, afin d’en mesurer l’intéret et le potentiel quant à leurs applications à l’architecture et l’urbanisme.

De plus, l’essort actuelle des technologie numérique semble incourtournable dans la société d’aujourd’hui. De ce fait, nous verrons les capacités des nouvelles technologies à utiliser ces systèmes et leur aptitude à être le maître moteur de ces nouvelles manières de concevoir.

J’ai eu, au cours de mes études, la possibilité de travailler certaines de ces questions. L’intérêt que je porte aux nouvelles technologies numériques, grâce à mon parcours, est pour moi une source d’inspiration et de questionnement, quant à leur influence sur le devenir de l’architecture et le contenu de mon futur métier. C’est la raison pour laquelle je souhaite travailler sur ces thèmes. Les enseignements que j’ai reçus tout au long de ma scolarité ont développé mon envie d’approfondir ces thématiques. Effectivement, dans les théories de la complexité systémique morphogénique, qui m’ont été enseignées, la piste d’une architecture métabolique et évolutive dans la conception sur plusieurs d’échelles et de manière rétroactive, me semble fondamentale pour vérifier, dans un certain sens, la réelle potentialité de cette approche.

1 Une histoire de Biomimétisme Aujourd’hui le terme biomimétisme semble de plus en plus utilisé dans de multiples domaines, notamment avec la sensibilisation à l’environnement significativement acquise dans les mœurs. Cela dit, bien souvent grâce à la magie du langage, la signification des mots utilisés communément peut changer et évoluer. De ce fait, il me semble dans un premier temps, important de définir d’où vient ce terme et ce qu’il signifie. Ainsi, au préalable nous proposons de définir ce qu’est le biomimétisme, dans son explication étymologique, en observant son origine, son utilisation courante et ses dérivés.

Partie 1 Une histoire de Biomimétisme

Chapitre 1 Etymologie, origine et évolution du terme

1.1 Étymologie, origine et évolution du terme Étymologiquement le terme biomimétisme vient du grec « bios » « la vie » et de « mimêsis » « l’imitation ». Ainsi il désigne le fait de copier la vie ou, moins radicalement, le fait d’imiter quelque chose de vivant.

Nous devons ce terme à Otto Schmitt, un universitaire et inventeur américain du XXe siècle, qui a travaillé dans de nombreux domaines aux applications toutes aussi diverses, qui vont aussi bien de la médecine, l’astrophysique en passant par l’informatique.1 Il invente donc ce mot ou du moins son néologisme anglais biomimetics pour définir une méthode d’analyse du vivant comme une source de solution efficace à moindre coût pour résoudre bon nombre de problèmes technologiques. Ce terme, il l’introduit dans le champ de la recherche scientifique médicale où il exerce, comme un nouveau domaine à part entière.2

Par la suite ce terme a été vulgarisé par Janine Benyus en 1997 dans le livre, sur le biomimétsime3 , où elle l’identifie plutôt à une méthode de créativité innovante. Elle définit ainsi que la nature doit être, en quelque sorte, « modèle, mesure et mentor » . Par ce livre elle explique, à travers notre besoin aujourd’hui qu’est notre course folle à la technologie et au progrès technologique, ce que la nature a sélectionné pour nous au cours de ces 3,8 milliards d’années d’évolution, pour nous donner les solutions les plus efficaces permettant de répondre au problème du monde moderne.4

« C’est dans la photosynthèse, la puissance de calcul du cerveau et les coquilles que résident les réponses au bouleversement du monde » ( Biomimicry : inovation inspired by Nature, Janine Benyus, 1997, editeur : HaperCollins )

C’est en ce sens qu’aujourd’hui le terme biomimétisme a évolué, comme une manière de concevoir des technologies plus efficaces et plus économiques. On peut ici citer Merriam-Webster, une entreprise américaine spécialisée principalement dans la publication et l’édition de dictionnaire, qui donne dans son dictionnaire en ligne la définition suivante du terme «biomimétisme»:

1 2 3 4

https://fr.wikipedia.org/wiki/Otto_Schmitt https://fr.wikipedia.org/wiki/Biomim%C3%A9tisme Biomimicry : Innovation Inspired by Nature by Janine M. Benyus, Sept. 1, 1997 https://fr.wikipedia.org/wiki/Janine_Benyus#Travaux_en_biomim.C3.A9tisme

Photo du Dr. Otto H. Schmitt, source: (https://www.nae.edu/28607.aspx)

Photo de Janine Benyus source: (https://alchetron.com/Janine-Benyus-171398-W)

Partie 1 Une histoire de Biomimétisme

Chapitre 1 Etymologie, origine et évolution du terme

« l’étude de la formation, des structures ou fonctions de substances et matières produites biologiquement (dont par exemple les enzymes ou la soie) ainsi que des mécanismes biologiques et des procédés (comme la biosynthèse des protéines ou la photosynthèse) pour notamment synthétiser des analogues par des procédés artificiels mimant ceux qui existent dans la nature ». (Merriam-Webster, 2013, «Biomimetic», merriam-webster.com)

Mais aujourd’hui pour certaines organisations, comme l’AFNOR, l’association française de normalisation, la définition de ce mot n’est toujours pas établie. Effectivement, les traductions d’une langue à une autre, les différences de vocabulaire et les nombreux termes s’en rapprochant créent des confusions dans l’exactitude de la compréhension que l’on a de ce mot.

Alors, comment comprendre la signification d’un terme et surtout le partager entre les différents acteurs qui font émerger les technologies, comme les développeurs, utilisateurs, concepteurs et ingénieurs, si les acceptations du mot sont différentes en fonction des pays, des acteurs, des intervenants.

C’est dans ce souci de communication que plusieurs projets de normalisation ont été lancés en 2011 par la « commission de normalisation AFNOR Biomimétique » qui prend position sur 2 points5 :

1. « Description des potentiels et des limites de la biomimétique en tant que système

d’innovation ou de stratégie de soutenabilité (durabilité) » (projet Pr NF ISO 18458)

2. « Description et normalisation des méthodes biomimétiques, des matériaux biomimétiques,

de procédés et de produits à travers le cycle de vie complet » (Projet Pr NF ISO 18459) Ces 2 points, visant à la normalisation des terminologies, permettront d’élaborer, en un sens, l’efficacité de la communication dans l’élaboration des nouvelles technologies. Car oui, il y a ici un bon nombre de termes se rapprochant de la notion de biomimétisme. En 2013, le secrétariat international sur la biomimétique a statué sur 2 projets de « norme d’application volontaire » applicables à toutes les langues. Il s’agit actuellement du terme biomimétique différent du biomimétisme. Pour celui ci, d’autres propositions de projet de normalisation ont été publiées en 2014 visant à expliquer la terminologie et les concepts ainsi que, de manière intuitive, la définition de notion comme « méthode d’optimisation ». 10

http://www.afnor.org/actualites/

«Allonger la durée de vie de composants et réduire leur poids. Ainsi l’optimisation structurale permet d’améliorer une ou plusieurs des propriétés d’un composant (poids, charge, rigidité, durée de vie…), en augmentant au maximum ou en réduisant au minimum leurs valeurs.» (AFNOR - Projet Pr NF ISO 18459 – 2014).6

C’est de cette application des notions terminologiques, encore mal définies aujourd’hui, que se base la compréhension de ce qu’est le biomimétisme. De ce fait, il semble délicat d’exprimer une recherche sur ce sujet, chacun à partir d’une notion considérée comme commune, peut y appliquer sa propre interprétation et véracité. Il est donc indispensable de dégager une certaine terminologie applicable à ce mémoire. C’est ce que nous tenterons de faire au cours du prochain chapitre en définissant de manière historique l’applicabilité d’un certain nombre de termes et de notions s’apparentant au biomimétisme.

AFNOR - Projet Pr NF ISO 18459 – 2014

Partie 1 Une histoire de Biomimétisme

Chapitre 2 Une notion naturelle de l’imitation

1.2 Une notion naturelle de l’imitation Le biomimétisme reste aujourd’hui une notion présentant un panel très large d’applications. Comme nous l’avons vu précédemment, il est peu évident de définir ce terme tant son utilisation courante est large. Aussi, il y a un nombre conséquent de termes s’apparentant au concept de biomimétisme comme bionique, biotechnologie, biomimétique ou même écomimétisme.

Au delà de la simple dénomination, une question primordiale se pose quant à la capacité des êtres vivants à s’auto-imiter naturellement pour répondre à certaines contraintes, ce qui conduit à une question : l’homme au travers de son histoire n’a-t-il pas imité ce qui l’entourait en le définissant non pas comme un concept scientifique mais comme une réaction naturelle ?

Cette question peut sembler surfaite, mais à quel moment peut on définir qu’une action ou qu’une construction relève d’une inspiration ou d’un comportement normal. Effectivement, nous pouvons citer l’existence, dans la biosphère elle même, de certains comportements d’imitation comme le Bernard l’ermite s’appropriant une coquille à l’instar des crevettes ou des crabes (Figure 1-2), des pieuvres imitant des coraux ou des algues pour se camoufler (Figure 3) ou bien même de certains singes qui se délectent de termites grâce à de petits bâtons pouvant s’apparenter à la langue des tamanoirs (Figure 4-5).7 Dans cette optique, au cours de l’histoire de l’homme nous pouvons observer des comportements d’imitation naturelle. Nous pouvons ainsi parler des cases de certaines tribus africaines pouvant s’apparenter au fonctionnement des termitières avec un creux pour stocker l’eau au centre de la case, apportant un peu de fraîcheur à l’air chaud circulant dans la case qui finit par s’élever vers une petite cheminée centrale créant un renouvellement d’air perpétuel.8

Dans ce principe, il semble difficile de dire si ces outils, réalisations ou comportements sont de l’ordre de l’imitation ou de la sélection naturelle. Aussi, dans les théories évolutionnistes sur l’autodomestication des espèces ou même selon les philosophies chinoises du cycle naturel du livre des mutations, chaque individu ou être vivant s’auto-influence de manière naturelle et chacun de nous évolue selon « la vérité » de l’autre.9

7 L’imitation dans le monde annimal, Arcticle, Etienne Danchin, Luc-Alain Giraldeau, http://terrain.revues. org/2464 8 Un exemple d’architecture inspirée des termites, Maximilien Quivrin, Revue: Insectes n°149, p. 33-35 9 Extrême-Orient Extrême-Occident, Vol 3, Le rapport à la nature, note diverses, Chp. 1 La conception du

De cette manière nous ne pouvons pas dire que toutes actions et comportements imitant un principe, une forme ou un fonctionnement naturel est du biomimétisme mais, en revanche, qu’il est naturel d’imiter ce qui nous entoure.

Ainsi il est plus qu’évident que les concepts du biomimétisme, ou apparentés à celui ci, partent par principe d’une inspiration ou d’une imitation volontaire des organismes et fonctionnements de la biosphère.

Figure 1, A gauche : Bernard l’Hermite (https://www.bonjourchine.com) , Figure 2, à droite : Photo d’une coquille de Nautilus Pompilius (http://www.naturosphere.com)

Figure 3, Pieuvre mimétique, 2016 (http://www.maxisciences.com/pieuvre/une-pieuvre-mimetique-devoile-son-incroyable-capacite-demetamorphose_art36956.html)

Figure 4, A gauche: Photo de Chimpanzé attrapant des termites avec un batons (http://www.dinosoria.com/chimpanze.htm), Figure 5, à droite: Tamanoire entrain de se nourir (http://www.amazonie-production-edition-guyane.com/album/amazonie-38.html)

Partie 1 Une histoire de Biomimétisme

Chapitre 3 Une brève histoire d’inspiration

1.3 Une brève histoire d’inspiration Intrinsèquement parlant, il est évident que tout être vivant s’inspire de son milieu et de ce qui l’entoure. Alors dans ce cas, quelles conditions peuvent donner un terme apte à définir l’action d’imiter ce qui est naturel ?

Dans l’histoire de l’homme, la nature a toujours été source d’inspiration que ce soit dans les arts, l’écriture, le théâtre, la musique. Dans la pensée grecque selon Aristote, les arts sont « la purification des passions » car la représentation artistique de la nature est l’image de la réalité, sans ses dommages, juste avec les émotions qu’elle procure. Paradoxalement, les réflexions et la philosophie grecque séparent les univers réels, naturels et imaginaires. Ils définissent ces notions comme imbriquées les unes dans les autres. Ainsi, la nature est immuable et fataliste « la nature est ainsi faite », elle est le domaine des dieux. Le monde réel est ce qui est définissable, comme les mathématiques et les sciences exactes, il se situe dans le monde naturel. Et enfin l’imaginaire, le rêve, la philosophie et la pensée représentent le monde spirituel placé lui dans le monde réel. Ces conceptions du monde vivant chez les grecs sont complètement déconnectées les unes des autres, elles ne font pas partie du même champ d’observation et ne s’influencent donc pas.10

Ces conceptions du monde naturel impliquent un certain schéma de l’époque sur les constructions humaines. Ainsi, comme un ordre fataliste dans lequel nous ne pouvons rien, nous laissons la nature à ce qu’elle est. Cette notion des interrelations de domaine naturel, réel et spirituel montre les prémices d’un détachement de notre condition naturelle à s’inspirer de la nature dans nos sociétés occidentales.11

La conception grecque nous inspire une séparation entre la condition de l’être humain et la nature où la définition du réel se conçoit dans l’exactitude des données mathématiques. Nous pouvons parler des proportions divines (Figure 6) représentatives des conceptions mathématiques Euclidiennes garantes des formes de l’univers réel et définies par Luca Pacioli en 1509 comme universelles à tout, même les formes naturelles.12

10 11 12

« Le voile d’Isis. Essai sur l’histoire de l’idée de Nature », Pierre Hadot, 2004. « Qu’est-ce que la philosophie antique ? », Pierre Hadot, 1995 « La peur de la nature », François Terrasson, Paris, 1988.

Elles sont les premières représentations de ce que l’on nomme aujourd’hui le nombre d’or ou la proportion dorée (Figure 7). Cette proportion est, en quelque sorte, la première forme mathématique applicable aux constructions humaines et naturelles. Son utilisation est très présente dans l’édification de l’architecture du moyen âge, mais elle se conçoit plus comme l’idéologie du plan divin dans la culture chrétienne, immuable à toutes choses plutôt qu’une inspiration volontaire de la nature (Figure 8).

Dans son livre, l’auteur François Julien définit les concepts occidentaux de la nature comme entièrement séparés de l’existence humaine. Ainsi il explique, approximativement, que pour les conceptions Chrétiennes de l’homme création à l’image de Dieu, la nature existe pour répondre aux besoins humains primordiaux comme se nourrir et boire. De ce fait, toute représentation pouvant s’apparenter au monde du vivant, ne part pas d’une volonté d’imiter la nature, mais d’une volonté de représenter la grandeur de Dieu et de ses créations. Dans cette conception de la nature, même si l’inspiration est volontaire, il ne peut être défini qu’elle s’apparente aux notions du biomimétisme.13

Figure 6, A gauche: Schémas de la proportion divine décrite par Euclide (http://lycees.ac-rouen.fr/bruyeres/maths/ propdiv.html), Figure 7,à droite: Rectangle d’or (http://www.keplersdiscovery.com/DivineProportion.html)

Figure 8, Schémas des tours de la cathédral de Laon avec l’application des proporations divine dans la construction de la façade (https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_works_designed_with_the_golden_ratio) 13

Extrême-Orient Extrême-Occident, Vol 3, Le rapport à la nature, note diverses, Chp. 1 La conception du monde naturel, en Chine et en Occident selon Tang Junyi, François Jullien, 1983

Partie 1 Une histoire de Biomimétisme

Chapitre 4 Nature et volonté

1.4 Nature et volonté Dans l’histoire de notre ère, de nombreux changements conceptuels sont survenus et, bien entendu, le concept culturel de la nature ne déroge pas à la règle. Au cours de la Renaissance, des réflexions plus pragmatiques sur la nature ont commencé à émerger. La « Philosophie naturelle », provenant de la fin du Moyen ge et de la Renaissance, définit une méthode d’observation objective de la nature et de l’univers physiquement perceptible par les sens.

Cette philosophie se définit comme étant

une émergence logique à la théologie naturelle, qui elle consiste à étudier Dieu par l’observation du monde et de ses créations. Dans ce contexte, la volonté première est maintenant de comprendre le fonctionnement de la nature dans son ensemble, et les premiers précurseurs des méthodes scientifiques modernes développent de nouvelles approches réflectives.15 Ces visions s’appuient sur les pensées d’Aristote où la physique, en grec la phusikê, est la science du monde naturel. Ainsi, on tente d’appliquer et de comprendre les fonctionnements naturels tout en restant neutre quant à leur interprétation théologique ou culturelle.16

Ainsi, nous pouvons voir les prémices d’ingénierie bio-inspirée par les fonctionnements naturels. Léonard de Vinci est un exemple très célèbre des domestications de l’ingénierie naturelle. Au travers des notes d’analyses et de recherches qu’il a créées, bon nombre de documents relatent la conceptualisation d’inventions comme par exemple la vis aérienne inspirée du fonctionnement des fruits samares, munie de petites ailettes pour se répandre sur de plus longues distances sous l’effet du vent (Figure 9-11). Nous pouvons aussi citer les ailes de levage conçues sur le principe fonctionnel des ailes de chauve-souris, qui à la différence des ailes d’Icare chez les grecs, sont pensées non pas de manière fantastique mais de manière fonctionnelle (Figure 12-13).17 On entre alors dans une vision réaliste de l’inspiration des mécanismes du vivant. C’est de ces mouvements de pensées que naissent les conceptions de l’univers et de la nature intrinsèquement liés avec le monde réel et spirituel. Nicolas Copernic fut, par sa définition de la théorie de l’héliocentrisme montrant les défaillance des système d’héliocentrisme précédent, un pionnier dans l’approche théorique de la physique. Ainsi de cet nouvelle compréhension de l’univer les séparation entre les différentes réalités grecques se sont estompé.

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Serge Moscovici, Essai sur l’histoire humaine de la nature, Flammarion, 1977, coll. Champ philosophique Philippe Roch, La Nature passionnément, entretiens avec Philippe Clot, Ed. Favre, 2008 Steve Shapin, « La révolution scientifique », Flammarion, Paris, 1998 « Il était une fois à Vinci », dans Alessandro Vezzosi, Françoise Lifran, Léonard de Vinci : art et science de l’univers, Alessandro Vezzosi, 1996

C’est par la révolution Copernicienne qui survint notamment à la suite du procès de Galilée en 1633, et par la réaction du philosophe René Descartes, que nous devons ce changement radical de la pensée. Celui ci donna naissance au fonctionnement des sciences modernes notamment avec l’empirisme et les méthodes expérimentales de Francis Bacon. Ainsi, tous ces bouleversements donnent une nouvelle représentation de la nature, non plus comme une création divine ou comme l’univers fataliste des grecs, mais comme un univers mathématiquement explicable et exprimable. De cette manière, l’approche scientifique de la physique entre dans un fonctionnement hiérarchisé et logique où la volonté d’expliquer le monde naturel devient essentiel à l’évolution des sociétés occidentales.18

Figure 9, à gauche : photo d’un fruit de Samare d’un hètre (http://keywordsuggest.org/gallery/538842.html), Figure 10, au centre : Photo prise longue de la chute d’un fruit de Samare d’un hètre (http://magelidesign.blogspot. fr/2010_09_01_archive.html), Figure 11, à droite : plan de la vis aérienne de Léonard de Vinci (http://www.lemonde.fr/vous/article/2012/10/24/leonardde-vinci-inventeur-de-genie_1780220_3238.html)

Figure 12, à gauche :Photo d’une chauvesourie métant en évidence la structure de son aile , Figure 13, à droite plan de l’aile de levage de Léonard de Vinci (http://www.lemonde.fr/vous/article/2012/10/24/leonard-de-vinci-inventeur-degenie_1780220_3238.html) 18

Du monde clos à l’univers infini, Paris, Alexandre Koyré, 2003

Partie 1 Une histoire de Biomimétisme

Chapitre 5 Entre affranchissement et besoin vital

1.5 Entre affranchissement et besoin vital De cette approche scientifique naissante, la nature devient un domaine compréhensible et maîtrisable où le postulat de la domination humaine s’installe, René Descartes écrira dans son discours de la méthode de 1637 « l’homme doit se rendre comme maître et possesseur de la nature »19. Selon le philosophe François Julien dans ses note diverse 20, c’est ainsi qu’au fur et à mesure des avancées scientifiques et technologiques les sociétés occidentales, dans leur approche culturelle de la fatalité et de la destinée du plan divin, se sont attachées à dépasser la nature. Nous irons jusqu’à synthétiser des molécules qu’auparavant nous trouvions à l’état naturel, nous émancipant peu à peu de notre condition d’être vivant provenant de la nature.

Le point de vue évolutionniste a favorisé l’esprit d’entreprise de l’homme occidental : la conscience occidentale est constamment appelée à un nouveau dépassement des limites ; parallèlement, sa conception de l’univers naturel comme conflit de forces à l’oeuvre a renforcé ce sentiment de la tension (au sein de tous les rapports : Jinzhang) qui caractérise les mentalités et les sociétés d’occident. (François Julien - Extrême-orient Extrême-occident - note diverses – 1983 - Tome 3 Le rapport à la nature - Chapitre 1 la conception du monde naturel, en Chine et en occident, selon Tang Junyi – P. 125)

Ainsi petit à petit, avec l’affranchissement de l’homme face à la nature, l’être humain s’est retrouvé face à de multiples problèmes à la fois technologiques, économiques et sociétaux. L’écrivain du XXe siècle Isaac Asimov, inventeur du terme Robotique qui passa une grande partie de sa vie à écrire des romans de science-fiction, affirma au travers de ses histoires dans le Cycle fondation que « Tous les ennuis que nous vaut la vie moderne sont dus à ce qu’il y a de divorce entre la nature et nous ».

L’homme, comme hanté d’un besoin fondamental de renier avec son origine, s’est rattaché à ce que la nature pouvait lui apporter tout en tentant d’en supprimer ses inconvénients. Toutefois, les crises économiques, énergétiques et technologiques ont eu un effet d’électrochoc, phase par phase, les réflexions critiques et les remises en question de la modernité ont vu le jour.21

19 20 21

Éric Sarton, « Descartes, Galilée et l’Inquisition », La Recherche, n° 473, février 2013, p. 92 Extrême-Orient Extrême-Occident, Vol 3, Le rapport à la nature, note diverses, Chp. 1 La conception du monde naturel, en Chine et en Occident selon Tang Junyi, François Jullien, 1983, p.125 «Les carvenes d’acier, Isaac Asimov,1953, trad. Jacques Brécart, éd. J’ai Lu, 1975, p.10

C’est dans ce cadre que les termes de Biomimétisme, et ses apparentés, s’inscrivent, fluctuant entre concept scientifique de méthodologie empirique et besoins sociétaux, économiques et environnementaux.

Il y a 1 siècle, l’homme ne pouvait qu’imiter les formes naturelles. Aujourd’hui, il pénètre la structure jusqu’au niveau moléculaire, comprend la chimie et les interactions entre les espèces au sein des écosystèmes : sa connaissance des milieux biologiques, qui double tous les 5 ans, donne aux chercheurs la capacité de les interpréter comme jamais auparavant. Dès que l’homme a su synthétiser les molécules, il a perdu l’habitude de copier la nature n’ayant plus besoin d’aller y chercher des remèdes, des matières premières, etc. Il semble avoir acquis l’illusion de s’en être définitivement affranchi. Pourtant, après 3,8 milliards d’années d’évolution, les écosystèmes sélectionnent les meilleurs éléments et ceux qui vivent le plus ne sont que fossiles. S’adapter à l’environnement et à ses contraintes, migrer ou disparaître.22

C’est, semble t-il dans cet ordre la qu’une certain cition en nous et la nature a pu voir le jours et c’est par la volonté de dépasser ce qui étais définit comme une fatalité qui nous a amené a une certain forme de control de ce qui est naturel. Mais comme nous avons pu le voir notre condision d’ête vivant nous ramène toujours a nos origine. Et en ce sens nous tenons, en un sens, a prerpétuer un lien avec ce qui nous entoure.

De plus l’appropriation et la volonté de controler le milieux naturel on nous conduit a des remises remise en cause du fonctionnement et de nos schémas de pensé. Ainsi au cours du XXe siècle, un grand nombre de terminologies ont vu le jour permettant ainsi l’élaboration foisonnante de concepts et notions, semant petit à petit les courants de pensée actuelle du développement durable. Associant maintenant modernité, technologie et biologie, ces termes ont changé les mœurs et les langages intellectuels, à l’image de nouveaux outils aptes à offrir un avenir plus adapté a notre biosphère et à notre habitat.

Ecologik, Élisabeth Laville , 2009, n°10

partie 1 Une histoire de Biomimétisme

Chapitre 6 Un point et un début

1.6 Un point et un début Nous pouvons, au terme de ce chapitre, faire un premier point sur ce que serait le biomimétisme par le contexte de son origine. Il s’emble donc que naturellement les organismes biologiques, dont font parti les êtres vivants, s’influencent et s’imitent. De ce point de vue, nous pourrions définir que le biomimétisme part d’une volonté de d’imiter le vivant. Ensuite, dans le contexte de l’histoire occidentale et de la place de la nature dans sa culture, nous pourrions dire que celui ci s’oriente dans une démarche scientifique. De plus, contrairement au courant réflectif de la nature comme la « philosophie naturelle » ou des sciences physiques qui s’orientent principalement dans la compréhension des mécaniques de la nature, le Biomimétisme lui vise à créer un objet, un fonctionnement, une technologie, etc... optimisé grâce à la capacité de la nature à sélectionner le meilleur.

Donc, il serait acceptable de dire que le biomimétisme est une méthode de conceptualisation, partant d’une étude théorique et expérimentale volontaire d’éléments d’inspiration naturels, dans le but de les optimiser efficacement par rapport à une nécessité sociétale et environnementale.

2 Quand la nature devient source de développement Au delà des origines sociologiques qui ont pu faire naître le concept de biomimétisme, le monde d’aujourd’hui a vu un grand nombre d’outils apparentés à ce concept d’inspiration de la nature. Ainsi les conceptions scientifiques, techniques, technologiques possèdent toutes la notion qui, comme le biomimétisme, aborde une même idée sous un angle différent. Ainsi, ce chapitre tendra vers une définition des concepts et des approches de ceux-ci tout en explicitant des exemples montrant ainsi l’étendue de leurs domaines d’application.

Partie 2 Quand la nature devient source de développement

Chapitre 1 La bio-technologie

2.1 La Bio-technologie Dans les notions, à proprement parler, des processus d’inspiration du vivant, nous pouvons aborder le concept de la bio-technologie. Par ordre chronologique d’apparition des termes, définissant le principe de créer des technologies du vivant, celui ci semble être le plus ancien. Le concept fut inventé par l’agronome hongrois Karoly Ereky. C’est dans un contexte d’une société allemande à l’agriculture traditionnelle que l’ingénieur développe ces travaux. A l’heure où les sciences avancent multipliant les découvertes, la recherche et la compréhension des systèmes biologiques se développent. Ainsi l’homme apprend l’existence des micro-organismes, le fonctionnement des cellules et des bactéries. Mais, au lieu de les découvrir, il les comprend, cultive des cellules et développe de nouveaux procédés de développement agricole. Karoly Ereky définit, à l’époque, que ces nouvelles connaissances doivent servir les sociétés humaines et contrecarrer les péripéties des saisons et prévenir les disettes.23 Au départ il applique ce champ d’étude et de développement à l’agriculture. Cela semblait évident au vu de l’archaïsme des savoir-faire en production agricole de l’époque, alors très répandu en Allemagne, mais ce n’est pas la seule cause. Effectivement, les avancées scientifiques ont permis d’expliquer un bon nombre de phénomènes jusqu’alors maîtrisés depuis des millénaires par l’homme mais non compris. Les Biotechnologies traditionnelles, nous les nommons ainsi, ces savoir-faire ancestraux utilisés dans la fabrication des denrées alimentaires, comme la fermentation dont font partie la vinification, la panification, la fermentation lactique ou même acidification permettant la fabrication des vinaigres.24

De ce point de vue, le rapport au biomimétisme semble délicat car il s’agit de compétence non copiées directement mais maîtrisée, par l’expérience. Avec les avancées des savoirs et des découvertes dans le domaine de la biologie, ce sont en quelque sorte de nouvelles sources d’inspiration quant à la faisabilité des expérimentations. Louis Pasteur inventa la discipline de la microbiologie visant à comprendre le fonctionnement des micro-organismes. Ainsi comme nous le disions, la liaison à la notion d’imitation n’est pas directe mais, grâce aux études menées en biologie et microbiologie, de nouveaux champs d’application s’installent comme un champ inspiré de ce que nous apprend la nature.

23 Dictionnaire d’histoire et philosophie des sciences, Dominique Lecourt, 1999 24 Le possible et les biotechnologies, Claude Debru avec la collaboration de Pascal Nouvel, Science, histoire et société, éd. Presses Universitaires de France, Paris, 2015, p. 174

Au fur et à mesure des avancées scientifiques bondissantes dans ces domaines, les biotechnologies se sont vues dotées vers la fin du XXe siècle d’un sens dit contemporain et nouveau. Ainsi, l’application des fonctionnements de la micro échelle de la nature permet de nouvelles applications, allant de l’agriculture à la médecine, en passant par la bio-informatique.

Photo de Karoly Ereky source : (http://www.linkapedia-biology.com/topics/biotechnology/kroly-ereky/82338262)

Equation de la fermentation lactique par Karoly Ereky, source: (http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/Metabo/flac.html)

Partie 2 Quand la nature devient source de développement

Chapitre 1 La bio-technologie

De cette nouvelle notion des biotechnologies, s’organisent des normalisations permettant d’en définir le sens applicable aux domaines d’études qu’elles touchent. Nous définissons donc ce terme aujourd’hui selon deux bases lexicales : la définition unitaire et la définition par liste.

La définition unitaire de la biotechnologie est volontairement large car elle s’applique à toute la biotechnologie moderne. Nous explicitons donc ainsi celle-ci « L’application de la science et de la technologie à des organismes vivants, de même qu’à ses composantes, produits et modélisations, pour modifier des matériaux vivants ou non-vivants aux fins de la production de connaissances, de biens et de services ». (http://www.oecd.org/fr/sti/biotech/ definitionstatistiquedelabiotechnologiemiseajouren2005.htm)

Quant à la définition par liste, elle a surtout un rôle secondaire, comme adjointe de la définition unitaire. Elle s’interprète comme un guide indicatif, non exhaustif, permettant une précision à l’utilisation et à l’étude des biotechnologies. Cette liste s’identifie, sur le site de l’organisation de coopération et de développement économique, ou l’OCDE, par 7 points 25:

1. ADN/ARN : Génomique, pharmacogénomique, sondes géniques, génie génétique, détermination de

séquences / synthèse / amplification de l’ADN/ARN, profil de l’expression génique et utilisation de la technologie antisense.

2. Protéines et autres molécules : Détermination de séquences / synthèse / ingénierie des protéines et peptides

(y compris les hormones à grosse molécule) ; amélioration des méthodes d’administration des médicaments à grosse molécule ; protéomique, isolation et purification des protéines, signalisation, identification des récepteurs cellulaires.

3. Culture et ingénierie des cellules et des tissus : Culture de cellules / tissus, génie tissulaire (y compris

les structures d’échafaudage tissulaires et le génie biomédical), fusion cellulaire, vaccins / stimulants immunitaires, manipulation embryonnaire.

4. Techniques biotechnologiques des procédés : Fermentation au moyen de bioréacteurs, procédés

biotechnologiques, lixiviation biologique, pulpation biologique, blanchiment biologique, désulfuration biologique, biorestauration, biofiltration et phytorestauration.

http://www.oecd.org/fr/sti/biotech

5. Vecteurs de gènes et d’ARN : Thérapie génique, vecteurs viraux.

6. Bioinformatique : Construction de bases de données sur les génomes, les séquences de protéines ;

modélisation de procédés biologiques complexes, y compris les systèmes biologiques.

7. Nanobiotechnologie : Applique les outils et procédés de nano / microfabrication afin de construire des

dispositifs permettant d’étudier les biosystèmes, avec des applications dans l’administration des médicaments, des diagnostics, etc.

De plus, selon un état des connaissances sur les applications des biotechnologies, l’ANSES26 propose de classer ces technologies par catégories en fonction de leurs domaines d’application. Parmi celles-ci nous retrouvons, à titre d’exemple, les « biotechnologies vertes »27 s’intéressant aux applications dans le domaine agricole, les « biotechnologies médical

ou bien

même

les

rouges »28 visant un intérêt

« biotechnologies blanches »29 visant un développement des

biotechnologies à la production industrielle.

26 ANSES : Agence Nationnale de Sécurité Sanitarie de l’Alimentation, but : Les missions de l’Anses, fixées par l’ordonnance n°2010-18 du 7 janvier 2010, couvrent l’évaluation des risques dans le domaine de l’alimentation, de l’environnement et du travail, en vue d’éclairer les pouvoirs publics dans leur politique sanitaire. Etablissement public à caractère administratif, l’Agence est placée sous la tutelle des ministres chargés de la Santé, de l’Agriculture, de l’Environnement, du Travail et de la Consommation. source (https://www.anses.fr/fr/content/les-missions-de-lagence) 27 Les biotechnologies vertes s’appliquent à l’agriculture et à l’alimentation, mais elles investissent également d’autres champs. Grâce aux biotechnologies vertes, les chercheurs espèrent parvenir à relever les défis lancés à l’agriculture et assurer tout à la fois production alimentaire, production d’énergie et production de biomatériaux en préservant l’environnement. (source: http://www.futura-sciences.com/planete) 28 Les biotechnologie rouge : Les techniques de séquençage de l’ADN sont de ces biotechnologies rouges qui sont à l’origine d’une véritable révolution dans le secteur de la médecine humaine. En effet, mieux comprendre la manière dont s’organise l’information génétique a permis de faire un lien avec de nombreuses pathologies. À tel point que les biomarqueurs génétiques, ces signatures qui témoignent de l’activité d’une maladie au niveau des gènes, semblent sur le point de devenir la clé d’une médecine personnalisée.(source : http://www.futura-sciences.com/sante) 29 Les biotchnologie blanche: constituent une catégorie particulière de biotechnologies. Elles sont relatives aux procédés industriels. Leur ambition est de produire durablement des substances biochimiques, des biomatériaux et des biocarburants à l’échelle industrielle et à partir de ressources renouvelables.(source : http://www.futura-sciences.com/ sciences)

Partie 2 Quand la nature devient source de développement

Chapitre 2 La Bio-ingénierie

En revanche toutes ces compétences et avancées techniques posent certains problèmes. Qu’elles soient d’ordre éthique ou d’ordre monétaire, les biotechnologies ne sont pas sans conséquence. Ainsi, budgétairement les biotechnologies sont extrêmement gourmandes en coût de développement. Ces budgets sont compris entre 800 millions et 1,2 milliards de dollars par projet, selon le docteur en économie Nacer Eddine Sadi. De ce fait, au fur et à mesure des crises économiques, les investisseurs privés se font de plus en plus frileux et ne permettent plus le développement des biotechnologies dans l’industrie qui leurs sont liées.30

En plus de ces problèmes économiques, les biotechnologies se heurtent à un problème d’ordre éthique car le développement des connaissances en contrôle et production du vivant, mêlé à l’incroyable imagination que possède l’homme, tend à modifier la structure génétique du vivant comme les OGM, pour améliorer la production agricole, ou utilise même le clonage. Aussi se pose un problème d’éthique quant à ce qu’il est intéressant de faire et ce qui est dangereux. La nature, par cette manipulation volontaire, pourrait perdre sa propre capacité naturelle et ne plus être apte à se naturer d’elle même. De plus, elle pourrait polluer les gènes de son espèce ou de sa variété et même atteindre d’autres êtres. Ces manipulations pourraient conduire à détruire l’écosystème global, celui là même qui crée le cycle naturel de la biosphère, la rendant de ce fait extrêmement toxique pour nous même. (Figure 14) L’Amaranthus palmeri, une variété de super mauvaises herbes, peut atteindre jusqu’à 2,4 mètres de hauteur, résister à la forte chaleur et à la sécheresse prolongée, et produit des milliers de graines avec un système racinaire qui épuise les nutriments des cultures. Quand rien n’est fait, elle envahit un champ entier en un an. Certains agriculteurs ont été contraints d’abandonner leurs terres. Jusqu’à présent, en plus de l’Arkansas, l’invasion d’Amaranthus palmeri dans les régions de cultures d’OGM a aussi été identifiée en Géorgie, Caroline du Sud, Caroline du Nord, au Tennessee, Kentucky, Nouveau-Mexique, dans le Mississippi, et plus récemment dans l’Alabama et au Missouri. Les spécialistes des mauvaises herbes de l’université de Géorgie estiment que seulement deux plants d’Amaranthus palmeri tous les 6 mètres dans les rangées de coton, sont capables de réduire le rendement d’au moins 23 pour cent. Un seul plant de mauvaise herbe peut produire 450.000 graines.(F. William Engdahl, Mondialisation.ca, 2010)31

De ce point de vue, les biotechnologies sont des technologies qui visent à améliorer, produire, soigner le vivant. Méthodologiquement parlant, elles ne tendent pas à imiter mais à s’inspirer du fonctionnement naturel des éléments de la biosphère.

30 «Biotechnologie de la santé, un business model en pleine mutation», Nacer Eddine Sadi, Chronique d’experts, 2014 (source :http://www.hbrfrance.fr/chroniques-experts/2014/04/1877-biotechnologie-de-la-sante-un-business-model-en-pleine-mutation/) 31 Article : La catastrophe des OGM aux États-Unis, une leçon pour l’Union européenne, F. William Engdahl, 2010 (source : http://www.mondialisation.ca/la-catastrophe-des-ogm-aux-tats-unis-une-le-on-pour-l-union-europ-enne/20836?print=1)

En suivant ce point de vue, nous pourrions émettre une hypothèse quant à la situation des terminologis apparenté au biomimétisme. Dans une organisation arborescente, cela met alors les biotechnologies au même niveau que le biomimétisme. Toutefois, les deux s’orientent de manière différente, l’une voulant s’inspirer du fonctionnement vivant pour améliorer et créer celui-ci, et l’autre souhaitant imiter ses mécanismes pour les appliquer à de nouveaux concepts. Nous pourrions dire que ces deux méthodes sont des notions faisant partie d’un ensemble plus communément appelé concept « Bio-inspiré » (Figure 15).

En revanche, les problématiques et les risques qu’il engendre doivent être au centre d’une réflexion plus actuelle, où le vivant doit malgré tout rester ce qu’il est ; il est très important, à mon sens, de ne pas dénaturer sa propre nature.

Figure 14 : Photo de l’Amaranthus Palmeri, la super mauvaise herbe (source : https://gobotany.newenglandwild.org/ species/amaranthus/palmeri/)

Figue 15 : Schémas d’organisation des termes apparenté au biomimétisme, schémas de conception personnel, 2017

Partie 2 Quand la nature devient source de développement

Chapitre 2 La Bio-ingénierie

2.2 La Bio-ingénierie La bio-ingénierie, est approprié à une sous-branche des bio-technologies. Effectivement, cette branche vise à appliquer les méthodes de l’ingénierie à la biologie pour résoudre des problèmes liés aux sciences du vivant. De biais la bio-ingénierie se traite par le procédé théorique de l’ingénierie générale de l’analyse et la synthèse. En revanche, à l’instar de l’ingénierie, le génie biologique tend à étudier, promouvoir et produire des concepts, qu’il tire de la biologie moléculaire, applicables puis industrialisables aux organismes vivants.

Comme dit précédemment, le concept de bio-ingénierie a pour origine les disciplines de l’ingénierie « générale » qui ont vu le jour au cours des XIXe et XXe siècles. Ainsi l’ingénierie chimique, l’ingénierie électrique, l’ingénierie mécanique sont les précurseurs des approches permettant la production industrielle, dans un but économique, de concepts. Mais à la différence de ceux ci, la bio-ingénierie est aussi issue des études de la biologie, qui se sont développées au cours du XXe siècle par l’approche nouvelle des biotechnologies.

Nous pouvons citer certains exemples comme la Bio-imprimante 3D, des chercheurs de l’Université de Wake Forest en Caroline du nord, permettant l’impression à base de cellules souches des éléments, des organes vivants comme leurs premier teste concluant l’impression d’une oreille en tissu vivant32 (Figure 16). Dans le même type de recherche nous avons le caoutchouc auto-cicatrisant d’Arkema33. En reprenant le principe de cicatrisation des tissus organiques, le groupe spécialisé en chimie et en bio-ingénierie, a mis au point ce caoutchouc supramoléculaire utilisant un matériau qui, après avoir subi des déchirures et coupures, est capable de se réparer par la mise en contact sous faible pression des deux parties entre elles (Figure 17). Un test d’élongation à la rupture montre que le caoutchouc auto-réparé a retrouvé 100% de ses capacités initiales, vingt-quatre heures après l’auto-cicatrisation du matériau. Les applications sont multiples dans de nombreux domaines comme l’automobile, l’aéronautique ou encore l’éolien avec des éléments comme les joints d’étanchéité ou les protections anti chocs.34

32 Source : http://www.science-et-vie.com/galerie/la-construction-de-tissus-humains-par-imprimante-3d-devientune-realite-6574 33 Arkema est un groupe qui développe, produit et commercialise des applications concrètes à forte valeur ajoutée dans tous les secteurs industriels. ( source : http://www.arkema.fr/fr/arkema-en-france/en-bref/) 34 Source : http://www.lesechos.fr/22/06/2009/LesEchos/20449-046-ECH_le-caoutchouc-autocicatrisant-arrive-sur-le-marche.htm#

Figure 16 : Photo de l’oreille conçu par bio-impression 3D à l’univerité de Wake Forest (source : http://www.science-etvie.com/galerie/la-construction-de-tissus-humains-par-imprimante-3d-devient-une-realite-6574)

Figure 17 : Photo du caoutchouc auto-cicatrisant d’Arkema couché et recollé. (source : http://www.lesechos. fr/22/06/2009/LesEchos/20449-046-ECH_le-caoutchouc-autocicatrisant-arrive-sur-le-marche.htm#)

Partie 2 Quand la nature devient source de développement

Chapitre 2 La Bio-ingénierie

Dans le domaine des matériaux évolutifs, Jenny SABIN35 architecte américaine, a travaillé sur ces thématiques en touchant à un autre aspect de la performativité matérielle. Au travers de son projet Eskin, elle cherche à “programmer” les matériaux au niveau cellulaire. L’architecte propose de concevoir la peau d’un bâtiment composée de réelles cellules actives, dans l’esprit de l’épiderme humain qui réagit en fonction des interactions internes et externes, elle cherche ainsi à imiter le comportement des cellules humaines.

« Comment l’architecture peut-elle répondre aux questions que posent l’écologie et le développement durable ? Comment peut-elle se comporter davantage comme un organisme vivant au sein de son environnement ? Avec eSkin , nous nous inspirons du corps humain pour créer de nouveaux modèles de design qui permettraient d’intégrer les notions d’adaptation, de changement et de performance à l’architecture. Le projet s’appuie sur ces questions fondamentales pour développer des nouveaux matériaux et des capteurs interactifs. Il s’agit ici d’explorer la matérialité de l’architecture à l’échelle nano et macro, en se fondant sur la connaissance du comportement et de la dynamique des cellules humaines. Ce projet s’inscrit dans un nouveau genre d’architecture appelé « architecture adaptative ». 36

La start-Up Glowee37 est aussi dans ce cadre. Leur projet de luminaires tente de créer des protéines fluorescentes à partir de micro-organismes en culture. Et ceci dans le but de créer de la lumière sans autre apport énergétique que des nutriments 38.

Dans cette définition et ces applications, nous pouvons affirmer, comme abordé succinctement précédemment, que la bio-ingénierie est une sous branche des biotechnologies. Plus précisément, c’est un concept propre aux « bio-technologies blanches ». Si nous construisions notre arborescence des termes, nous aurions par ordre d’importance en premier lieu les concepts bio-inspirés, puis biomimétisme et son homologue les bio-technologies et enfin cette dernière notion la bio-ingénierie (Figure 18).

35 Jenny sabine est une architecte américain, son travail est à l’avant-garde d’une nouvelle orientation pour la pratique architecturale du 21ème siècle, en étudiant les intersections de l’architecture et de la science tout en appliquant les connaissances de la biologie et des mathématiques à la conception des structures matérielles. (Source : http://www.jennysabin.com/our-team/) 36 Jenny Sabin, article en ligne, 2013, site : http://thisisalive.com, projet : eskin 37 Source : http://www.glowee.fr/ 38 Les nutriments, ou éléments nutritifs, sont constitués dans le corps par l’ensemble des composés organiques et inorganiques nécessaires à l’organisme vivant pour entretenir la vie.

Structure cellulaire à plusieurs état du verre et configuration du proet Eskin, projet Ekin, Jenny Sabin (source : http:// www.jennysabin.com/1eskin)

Logo de la Star-Up Glowee et image prospective d’un bâtiment doté du système de bioluminescence (source : http:// www.glowee.fr/)

Figue 18 : Schémas d’organisation des termes apparenté au biomimétisme, schémas de conception personnel, 2017

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Chapitre 3 La Bionique

2.3 La Bionique A l’image de ce que sont les biotechnologies, la Bionique est la conception d’éléments tirant leur fonctionnement du vivant mais produisant des fabrications non biologiques. Ce concept est défini et inventé en 1960 par le major E. Steele de l’US air force au cours du premier congrès technologique de Dayton au État-Unis. Celui ci s’instaure dans un contexte historique complexe, car il s’agit tout d’abord de la guerre froide où la course aux technologies et à l’armement bat son plein. Toute la pensée technique de l’époque a pour but une élaboration militaire ou la volonté d’asseoir une certaine puissance des savoirs et des connaissances. A titre d’exemple nous pouvons citer le début de la conquête spatiale. Ainsi, l’étendue des recherches et leur progression dans le domaine de la biologie ont conduit à la découverte de l’optimisation de la nature.39

La bionique est définie comme une science qui vise à copier le fonctionnement, les systèmes, et les mécanismes du vivant afin de créer réalisations techniques. Ainsi, ce nouveau domaine de recherche permet de déceler un certain nombre d’innovations répondant aux problématiques techniques de certains domaines. En revanche, comme dit précédemment, il n’est pas ici question d’élaborer des composantes provenant de l’étude des micros organismes comme c’est le cas à l’origine des biotechnologies. Il est donc défini que la bionique vise à créer un système non vivant simplement copié à l’aide de techniques plutôt analogiques ou mécaniques. Plus précisément, nous pouvons dire que la bionique s’intéresse aux capacités des organismes vivants, qu’elles proviennent des cellules, des plantes ou des animaux. De surcroît, la démarche typique de celle-ci entre dans un cadre d’analyse scientifique explicité dans le chapitre 1. Nous partons donc d’une étude d’un système naturel, puis nous l’interprétons pour enfin l’appliquer à une fabrication qui est ici industrielle.

Dans cette optique, nous pouvons dire que, même dans l’histoire de l’homme, certaines réalisations dites d’inspiration « volontaire » de la nature font partie d’une conception bionique. L’aile de levage de Léonard de Vinci n’a rien à envier aux conceptions bioniques. Seulement le contexte historique mêlé au contexte sociétal de l’industrialisation massive et de la course à l’armement en cette période ont été les moteurs du développement de cette science.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Bionique

Nous pouvons ainsi citer quelques exemples d’avancées techniques dues à la bionique. Le « Laminflo » est un revêtement anti turbulence développé dans les années 60 par Max O.Kramer, un ingénieur allemand, spécialiste de l’aérodynamisme (Figure 19). Il s’inspire des capacités de la peau des dauphins composée de trois couches permettant un système amortisseur viscoélastique. La première est une couche lisse et souple, la seconde un tissu spongieux imbibé de liquide et la troisième est ferme avec de multiples colonnettes servant de structure au tissu secondaire. Ainsi, l’écoulement du liquide contenu dans la seconde couche est ralenti par les multiples obstacles de la troisième ce qui permet d’absorber les turbulences dues au frottement de l’eau de l’océan, protégeant ainsi la structure squelettique du dauphin. Ce système fut appliqué au sous-marin améliorant sensiblement l’espérance de vie de la structure interne et la vitesse de celui-ci.40

Figue 19 : Photo type du revêtement anti turbulence Laminflo, source : http://dspace.uah.es/dspace/handle/10017/2941

40 Source : Bionique petit observatoire des inventions de la nature, web : https://bionique.artbite.fr, Article : La Bionique de Alexandre Flament

Partie 2 Quand la nature devient source de développement

Chapitre 3 La Bionique

Nous pouvons aussi citer le Velcro comme un exemple plus populaire inventé en 1948 par l’ingénieur suisse Georges de Mestral. S’inspirant du fruit sec de la bardane (Figure 20), il a conçu un système de fermeture efficace. Ce fruit est composé à sa surface de micros crochets souples qui lui permettent de s’attacher au pelage des animaux qui passent autour de son arbre. Ainsi, le Velcro imite cette capacité, en prenant deux bandes de tissus l’une recouverte de minis crochets et l’autre de minis boucles de tissu, créant la fermeture à liaison amovible que nous connaissons tous le « scratch » (Figure 21).41 Même si celui ci fut inventé plus tôt que la bionique, l’élaboration du Velcro suit les méthodes promues par cette science. De plus son industrialisation massive dans notre société en fait un exemple intuitif parfait de l’imitation des capacités du vivant.

Au delà des avancées techniques que permet cette science, elle est également à l’origine de mouvements de pensées et de réflexions diverses. Ainsi, avec l’avancée parallèle des technologies en informatique, la bionique fut aussi une source d’inspiration prolifique pour le monde des arts et de l’écriture. L’art cinétique de Nicolas Schoffer tend à créer des œuvres, permettant de donner une expérience vivante de l’art, qui à mon sens tentent de s’inspirer également des capacités universelles des éléments biologiques à évoluer et à changer en fonction de leurs interactions environnementales. Plus notre environnement est sculpté, plus son efficience augmente et plus il est logique d’envisager que tout ce qui est bâti et construit par l’homme doit être sculpté.42

Nous pouvons aussi citer tous les récits dans le domaine de la science fiction qui mettent en scène la création robotique et des automates. Isaac Asimov est de mon point de vue l’un des grands penseurs du domaine, décrivant les robots, création de l’homme, basés sur le même fonctionnement systémique et psychologique que ses pères. Il induit en parallèle les notions de transhumanité où les matières inertes et virtuelles deviennent aussi évolutives que les matières biologiques. On peut définir la Science-Fiction comme la branche de la littérature qui se soucie des réponses de l’être humain aux progrès de la science et de la technologie.43

Ainsi, ces réflexions ont ouvert de nouveaux champs à l’application de la bionique comme la robotique, l’intelligence artificielle, etc… 41 Source : Bionique petit observatoire des inventions de la nature, web : https://bionique.artbite.fr, Article : La Bionique de Alexandre Flament 42 La ville cybernétique (1969), Nicolas Schoffer, Édition Denoël, 1972, p14 43 David Starr : justicier de l’espace, Isaac Asimov, Préface, Édition Lefrancq, 1978, p 3

Figue 20 à gauche : Photo macroscopique du fruit de la bardane, source : http://www.pbase.com/jmollivier/ image/155036630, Figue 21 à droite : Photo d’une bande de Velcro, source : http://www.chosesasavoir.com/commentle-scratch-fonctionne-t-il/image/155036630,

NicolasSchffer et sont projet de retrospective sur l’art cynétique, (http://www.negropontes-galerie.com/portraits-artistesparisiens.html)

Isaac Asimov et une illustration de sont livre I.ROBOT: To Obey (https://www.amazon.com/Isaac-Asimovs-I-RobotObey/dp/0451416880)

Partie 2 Quand la nature devient source de développement

Chapitre 3 La Bionique

Plus récemment, nous pouvons aussi citer quelques exemples d’avancées technologiques développées par la Bionique. Mais par rapport à l’époque de création de cette science, ces nouvelles avancées techniques s’inscrivent dans une dynamique et un contexte bien différent. Le développement durable et les notions écologiques sont en partie à l’œuvre dans le renouveau de cette science.

L’éolienne de TyerWind conçue sur le même principe que les ailes du colibri et sa capacité de vol stationnaires. Ainsi, ces éoliennes réalisent un mouvement plus rapide qu’une éolienne classique produisant de ce fait plus d’énergie. Elles utilisent pour cela le mouvement de flux créé par le mouvement hélicoïdale des ailes du colibri mais en sens inverse. Ici ce ne sont plus les ailes qui créent le mouvement d’air mais l’air, par le vent, qui crée le mouvement des ailes.44

Nous pouvons aussi parler de la robotique, un autre domaine de la bionique. C’est un esemble de technique mise en oeuvre pour concevoir et réaliser des robots. Ainsi, c’est dans l’industrie automobile que l’on peut retrouver l’un des meilleurs exemples de développement. Les bras robots mécanisés des chaînes de production tendent à imiter et à améliorer les membres humains, augmentant ainsi le potentiel de production. Aussi, quand nous parlons de bionique nous pensons souvent au cyborg, sorte d’être humain optimisé mécaniquement augmentant ses capacités physiques et cognitives dans la science fiction. Mais au delà de ces simples fabulations, la fabrication de membres bioniques ou cybernétiques en essor constant dans notre société est bien réelle.

Le premier représentant fonctionnel fut conçu par l’institut de réhabilitation de médecine de Chicago (Figure 22 - 23)

. Celui-ci fonctionne grâce aux signaux émis par les nerfs résiduels après la

perte d’un membre. Le membre bionique grâce à un micro-ordinateur interprète ces signaux et les transforme en mouvement en actionnant les moteurs du bras. Ainsi, ces prothèses ont permis à leur tout début d’effectuer six mouvements distincts, mais plus les années passent, plus la technologie se développe, et aujourd’hui les chercheurs réussissent à donner un mouvement à chacun des doigts de manière indépendante.

44 45

TyerWind (http://www.tyerwind.com/) FuturE Mag (http://sites.arte.tv/futuremag/fr/protheses-bioniques-vers-la-fin-du-handicap-futuremag)

Par ces avancées techniques, nous avons su apprivoiser des systèmes très variés. Comme nous l’avons explicité plus tôt dans le chapitre 1, notre condition d’opposition entre la nature et nos besoins sociétaux a mené à des crises aussi bien économiques que sociétales. Mais les changements de paradigmes constants font mûrir nos réflexions et nous remettent constamment en question. Ainsi, la bionique peut être considérée comme une sous branche du biomimétisme s’introduisant ainsi dans notre schéma terminologique des notions de la bio-inspiration.

Cela dit, au-delà de ces simples considérations scientifiques, l’évolution des pensées sur notre rapport à la nature nous a fait prendre conscience de notre véracité folle à nous détacher de nos origines.

Figure 22 à gauche: prothèse bionique de l’institut de réhabilitation de medcine de Chicago (source : http://prouessemedicale-lbb.e-monsite.com/) Figure 23 à droite: Image du fonctionnement de la prothèse de l’institut de réhabitation de medcinede Chicago

Image du bras bionique le Bebionic3 Myoelectric de Nigel Ackland (source : http://www.neozone.org/videos/bebionic3myoelectric/)

Partie 2 Quand la nature devient source de développement

Chapitre 4 L’économie de la connaissance

2.4 L’économie de la connaissance Il était une révolution, ni celle de l’industrie, ni celle des technologies, ni celle de l’économie mais celle qui marque un changement de paradigme global de la condition humaine, à l’échelle de la révolution Copernicienne marquant les changements globaux d’un nouveau monde, d’une nouvelle société. Cette révolution est le point clé naissant qui s’inscrit dans le contexte pessimiste actuel. Ainsi, toutes les crises subies au cours du XXe siècle ont changé l’idée de notre future « modernité ». De ces réflexions sont nées, il y a peu, de nouvelles théories sur l’approche que nous devons faire entre nos besoins et nos consommations.

C’est plus ou moins de cette manière qu’est définie l’économie de la connaissance selon Idriss Aberkane docteur français en sciences de gestion et littérature comparée.

A l’origine cette économie est développée par Fritz Machlup en 1962 dans son livre “The production and distribution of knowledge in United States”. Il la définit à l’époque comme une économie de l’information, en pleine guerre froide, une économie des données relatives au savoir se développe, qu’elle soit dans un besoin de développement technologique ou pour l’espionnage. Dans sa thèse de 1977, il montre que 45 % de la main-d’œuvre aux Etats-Unis a pour travail la manipulation d’informations. Les médias télévisés, de presse écrite ou même de l’internet sont des formes de développement de cette économie dite immatérielle.46

Pourquoi parler d’un système économique dans un mémoire sur le biomimétisme me direz vous ? Et bien au-delà de la simple définition d’une économie basée sur l’information, cette économie se développe aujourd’hui sur le besoin et le développement sans limite de notre société. Effectivement, utiliser un développement sociétal linéaire, s’approvisionnant de ressources limitées, avec une demande toujours grandissante et infinie, nous conduirait inexorablement à un effondrement sociétal comme nous l’explique l’étude de la collapsologie. A cette problématique, l’économie de la connaissance a une approche différente, basant ses apports sur l’apprentissage et le partage des savoirs plutôt que sur l’approvisionnement de ressources.

Source wikipédia l’économie du savoir (https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89conomie_du_savoir)

Ainsi il définit trois règles à l’économie de la connaissance 47 :

1. Les échanges sont à somme dites positives. C’est à dire qu’il ne sont pas « soustractionnels

» ou « additionnels » mais multiplicatifs. « Quand on partage un bien matériel on le divise et quand on partage un bien immatériel, on le multiplie. Donner 20 euros c’est les perdre, mais donner de la connaissance c’est la partager sans la perdre »

2. Les échanges ne sont pas instantanés et s’inscrivent dans une démarche d’apprentissage.

« les échanges de connaissance ne sont pas instantanés, transférer de la connaissance ça prend du temps. »

3. L’accumulation de connaissances n’est pas linéaire. « prenez un « kg » de connaissances et un

second « kg » de connaissances ça fait un troisième « kg » de connaissances. Celle ci est au pire, triviale mais non nul et au mieux, révolutionnaire… »

Photo de Idriss Aberkane lors de sa conférence sur le biomimétisme au CESE (source : http://www.dailymotion.com/ video/x2joni8 )

Photo de Fritz Machlup ( source : http://www.miseshispano.org/2016/09/ludwig-von-mises-pensamientos-y-recuerdos/ )

47 Economie de la connaissance, Idriss J.ABERKANE, Ed. Fondation pour l’inovation politique, fondapol.org, P27-28, mai 2015

Partie 2 Quand la nature devient source de développement

Chapitre 4 L’économie de la connaissance

Ainsi, cela explique à l’heure actuelle, l’approche dans laquelle se conçoit le biomimétisme, le souhait de ne plus voir la nature comme une ressource à piller mais comme une « encyclopédie ».

Le biomimétisme est la science qui dit : la nature est une bibliothèque, lisez-la au lieu de la brûler. ( Idriss Aberkane, CESE, septembre 2015)

Dans cette vision, il semble important de relever qu’au-delà d’être une notion, le biomimétisme s’inscrit dans un mode théorique de pensée bien plus large, visant à influencer notre société dans son ensemble et non pas uniquement concernant les apports technologiques. A partir de là, il serait intéressant de revoir notre conception arborescente des terminologies apparentées au biomimétisme. Ainsi, l’économie de la connaissance serait la théorie englobant les visions actuelles des concepts bio-inspirés dans laquelle nous retrouverions le biomimétisme et la biotechnologie.

Maintenant, au cours de notre développement, nous avons déterminé la science par la bionique, la notion qu’est le biomimétisme et la théorie englobant la totalité de ces champs, l’économie de la connaissance. Mais si l’on peut dire, il y a aujourd’hui une pensée bien plus large, disons même une philosophie intrinsèque, à tout ces concepts.

Partie 2 Quand la nature devient source de développement

Chapitre 5 La Méta-écologie

2.5 La « Méta-écologie » Une notion constituante de la philosophie de la nature et de l’être humain, voilà ce que saurait être la méta-écologie. Dénuée de toute notion théologique, la vision humaine de la nature et de la modernité dans son incontestable transformation, en oligarchie empirique des sciences, nous ont mené à une totale remise en cause de nos positions. A l’image de la «Naturphilophie»48 de Friedrich von Schelling, c’est ainsi, en proie à un système linéaire, que nous en sommes venus à nous dire qu’il nous manquait une essence originelle, notre propre nature. Allant jusqu’à inventer des événements pour nous rappeler les saisons en voie d’extinction dans nos villes modernes49.

La « méta-écologie » s’implante dans ce schéma de pensée, bien au-delà de l’écologie ou de la biologie, elle est en quelque sorte une spiritualité naturelle. Elle est le côté spirituel de l’écologie, profondément ancrée dans une foi incontestable que la nature est bien plus programmatrice que toutes les organisations humaines. C’est à Jean-marie Pelt que nous devons ce terme. Politicien français, professeur agrégé, pharmacien, biologiste, botaniste et ancien maire adjoint de Metz, il est à l’origine de l’Institut européen d’écologie. C’est en terme de spiritualité qu’il décide de définir cette notion pour contrecarrer les pensées écologistes en politique qu’il pense trop réductrices et matérialistes.50

Ce qu’on définit aujourd’hui comme étant écologie, l’écologie politique a deux défauts à mon sens : elle est à la fois hyperlibertaire et hyper-matérialiste. Elle n’a absolument aucune ouverture sur la dimension spirituelle. J’ai donc inventé, il y a quelques années, ce terme de méta-écologie car nous avons besoin aujourd’hui d’un souffle de nature spirituelle si nous voulons sortir de cette morosité ambiante et de cette désespérance qui a l’air d’habiter toutes les couches de la société. (Question de, n°2, La nature miroir du divin, Entretien avec Jean-Marie Pelt, désherber l’âme, p 84)

48 49 50

La Naturphilosophie désigne un courant de pensée, essentiellement allemand qui vise à rendre compte de l’intégralité des phénomènes de toute nature matériels et spirituels, avec l’ambition de dévoiler l’être total de la nature par la remise en cause de la frontière rigide entre la nature et l’esprit.( source : Michel Blay, Diction- naire des concepts philosophiques, Larousse, 2013, 880 p. (ISBN 978-2-03-585007-2). Nature et Spiritualité, Jean-Marie Pelt, 2008 http://www.networkcultures.net/45/ecologie.html

Ainsi dans cette philosophie spirituelle, il tend à concevoir une nouvelle vision de notre modernité et notre nouvel attrait pour la nature.

La méta-écologie ouvre un nouveau champ de réflexions catégorisant les grandes pensées des années 70 sur l’architecture selon le FRAC d’Orléans dans son dossier pédagogique n°9 d’Archilab «Naturaliser l’architecture»51.

Photo de Jean-Marie Pelt ( source : http://www.20minutes.fr/planete/1755747-20151223-jean-marie-pelt-biologistepionnier-ecologie-decede-82-ans)

51 Dossier Pédagogique n°13 , 9e ARCHILAB, Naturalisé l’architecture, p42, Les turbulences FRAC CENTRE, 2013-2014

Partie 2 Quand la nature devient source de développement

Chapitre 5 La Méta-écologie

Aussi pouvons nous parler de ces mouvements, qui suite à la crise énergétique de 1970, ont vu naître au sein de l’architecture une pensée plus responsable de la gestion de l’énergie et de la nature dans le milieu urbain.52

L’arcologie de Paolo Soleri est une piste d’étude théorique s’appliquant dans ce contexte. Ainsi, le terme même d’arcologie se compose d’architecture et d’écologie. Tentant de mêler architecture, urbanisme et écologie, cette théorie architecturale souhaite maximiser l’apport de la nature dans nos besoins modernes. De ce principe, il développe et réalise le projet d’arcosanti (Figure 24 à 26), une ville ou plutôt un éco-village idéal proche de phoenix.53

Les bâtiments et le vivant interagissent ici comme des organes le feraient chez un être vivant hautement évolué. De nombreux systèmes fonctionnent de concert avec la circulation efficace des personnes et des ressources, les bâtiments multi-usage et l’orientation solaire qui fournit l’éclairage, le chauffage et le refroidissement des habitations.(Arcosanti : an urban laboratory ?, Paolo Soleri, Cosanti Press, Arcosanti, 1993)

Dans le même temps, l’architecte français Guy Rottier développe en 1972 un concept similaire Ecopolis (Figure 27 à 29). 54

Ici c’est un modèle urbain tourné vers le soleil. Avec l’hélio-physicien Maurice Touchais, Guy Rottier développe des réponses techniques et urbaines aux problèmes de l’énergie notamment grâce à ses « lumiduc ». Sortes de capteurs de lumière, ils permettent d’apporter de la lumière dans les zones sombres des villes ou des bâtiments pour réduire les consommations énergétiques et donc réduire la pollution. 55

De plus, la lumière concentrée fournie par ces « lumiduc » produit une chaleur intense permettant de donner chauffage et eau chaude. « La lumière solaire est une matière transportable, donc consommable à distance »(Guy Rottier, Schéma n°2 lumiduc)

52 Dossier Pédagogique n°13 , 9e ARCHILAB, Naturalisé l’architecture, p42, Les turbulences FRAC CENTRE, 2013-2014 53 Arcosanti : an urban laboratory ?, Paolo Soleri, Cosanti Press, Arcosanti, 1993 54 http://www.frac-centre.fr/collection-art-architecture/rottier-guy/ecopolis-ville-solaire-64.html?authID=164&en sembleID=944 55 Vers de nouveaux paradigmes : Les propositions de Guy Rottier en matière d’Architecture souterraine et d’Architecture solaire, Nouha ECHEIKH-EZAOUALI, 2016

Figure 25 à gauche: Plan du domes de la ville d’Arcosanti (source : http://arquiscopio.com/archivo/2012/11/03/ arcosanti/?lang=fr ) Figure 25 à droite: Photo des bâtiment de la ville d’Arcosanti de Paolo Soleris ( source : http:// arquiscopio.com/archivo/2012/11/03/arcosanti/?lang=fr )

Figure 26 : Photo de la ville Arcosanti de Paolo Soleris en Arizona ( source : http://arquiscopio.com/archivo/2012/11/03/ arcosanti/?lang=fr)

Figure 27 : Schémas conceptuelle du lumiduc de Guy Rottier ( source : http://guy.rottier.free.fr/francais/solair/solair. html)

Figure 28 à gauche: Coupe longitudinnale partiel de la cité Ecopolis de Guy Rottier Figure 29 à droite: Schémat de fonctionnement du Lumiduc de Guy Rottier ( source : http://www.frac-centre.fr/collection-art-architecture/rottier-guy/ ecopolis-ville-solaire-64.html?authID=164&ensembleID=944)

Partie 2 Quand la nature devient source de développement

Chapitre 5 La Méta-écologie

Plus récemment, de nombreux projets dits “verts” ont émergés. Mais s’intègrent-ils réellement dans une démarche de conception à l’image du vivant ? A mon sens non, aujourd’hui la mode du « vert » s’emploie à tout va et dans tous les domaines allant du marketing à l’urbanisme. La pensée réaliste d’inspiration de la nature tend à aller au-delà et non pas en installant des plantes dans des perspectives d’architecture ou dans des packagings de vente. L’essence même du fonctionnement naturel de l’écosystème des choses doit être à la base de la réflexion. Certaines réflexions actuelles sur ces thèmes se développent malgré tout aujourd’hui.

Citons ainsi le projet de la « X Sea Ty » (Figure 30 à 32) qui pour moi est un bon exemple de ce que pourrait être une réflexion méta-écologique sur l’architecture. Conçu en 2010, ce projet de ville utopique, proposé par X-TU56, incorpore dans sa conception les problématiques de l’énergie, de la production de carburant non fossile, de la pollution urbaine (Figure 33). Ainsi, tous ces concepts sont abordés de manière éco-systémique, grâce à une organisation et des outils techniques efficaces. Des dispositifs dépolluants et créateurs d’énergie par photosynthèse, au béton drainant permettant la colonisation d’espèce xérophiles, en passant a une ouverture complète aux flux environnementaux c’est t’as dire qui offre la capacité à l’espace urbain de recevoir les changements climatiques et saisonnier.57

Les metropole en générale limite, dans une certaine mesure, les changements environnementaux. Nous pourrions être amenés à dire que cette apport n’est pas spécialement un plus, car effectivement dans nos villes moderne nous sommes moins soumis au froid hivernal et au forte intempérie.58

Par exemple à Paris ,en pluviométrie,il tombe moins de millimètre d’eau par en que dans le reste la régions île de France. Cette différence est surtout marqué par la production et l’accumulation de chaleur dans le milieux urbain, avec les flux journalier voiture, piéton, etc.. qui peuvent être important ainsi que les chauffage des habitations et immeubles parisiens qui donne un certain rayonnement calorifique à l’aire. D’autres facteurs accentue ce phénomène qui créent un courant d’aire chaud ascendant offrant un léger anticyclone au dessus des métropoles les plus dense. 59

56 57 58 59

http://www.x-tu.com/ http://inhabitat.com/x-sea-ty-is-a-carbon-absorbing-algae-producing-floating-city/ Vertigo la revue électronique en science de l’environnement, L’étude des microclimats urbains : champ de recherche à l’interface entre climatologie, urbanisme et génie-civil , 2012 (source :https://vertigo.revues. org/11841) http://www.meteofrance.com/climat/france/paris/75114001/normales

Comme nous le disions donc ceci n’est pas réellement un mauvais facteur, car il protège dans un certain sens notre confort, mais il limite aussi le renouvellement naturel du territoire. Vous me direz en plus de cela que ceci est moindre par rapport à la destruction territorial naturel que créent les constructions humaine et l’étanchéisation des sols urbain, mais pour la construction d’une ville qui vise à créer un écosystème viable pour la cohabitation, entre les besoin humain et naturel, la prise en compte de ces facteurs est indissociable d’un tel concept urbain.

Figure 30 : Perspective de concept du projet de X-Sea Ty de l’agence X-TU (source : http://inhabitat.com/x-sea-ty-is-acarbon-absorbing-algae-producing-floating-city/)

Figure 31 à gauche: Perspective photo réaliste de l’apparence du projet X-Sea Ty de l’agence X-TU Figure 32 à droite: Perspective photoréaliste des espace urbain du projet X-Sea Ty de l’agence X-TU ( source : http://inhabitat. com/x-sea-ty-is-a-carbon-absorbing-algae-producing-floating-city/)

Figure 33 : Shémat du circuit des resource énergétique entre la ville de Manhatan et le projet de X-Sea Ty de l’agence X-TU (source : http://inhabitat.com/x-sea-ty-is-a-carbon-absorbing-algae-producing-floating-city/)

Partie 2 Quand la nature devient source de développement

Chapitre 5 La Méta-écologie

Tout cela tend vers une autre forme de biomimétisme, l’écomimétisme en vue d’analyser les milieux vivants, de comprendre leurs organisations et leurs générences ; comme cela pourrait être le cas des expériences dans le « Bristol Robotics Laboratory »60 de l’université de Bristol, avec les Swarm Robotics (Exemple Figure 34), dans lequel ils tentent de reproduire l’organisation des fonctions de chaque individu dans des colonies de fourmis. Pour cela ils conçoivent des petits robots fonctionnant de manière très simple, dont le but est de trier des disques de couleur noire et blanche (Figure 35). Ainsi, sans capteur, ils ont mis au point des robots qui peuvent fonctionner en société de manière auto-organisée et sans ordinateur général. De ce fait, chaque robot est autonome et ne répond qu’à quatre règles très simples « 1 : tant qu’il n’y a pas d’obstacle tu continues d’avancer » « 2 : si tu rencontres un obstacle important tu changes de direction » « 3 : Si tu transportes un disque noir et que tu rencontres un autre disque tu recules et tu déposes le disque que tu portes » « 4 : Si tu transportes un disque blanc et que tu rencontres un autre disque alors tu lâches tout de suite le disque que tu portes ». L’expérience nous apprend que, même sans schéma organisateur ou calculateur, il est possible de faire émerger une auto-organisation.61

Ces expériences, avec de petit robots intéragissant par des règles simples, montre qu’une organisation sociétale complexe ne peut pas être simple, et surtout s’auto-organiser d’elle même. Dans ce sens ces démonstration de l’univercité de Bristol donne matière à pensé aussi bien pour l’organisation urbaine que pour l’architecture. Ou du moins a mon sens celle ci peuvent servir de référence à de future expérimentation en architecture. Ces principe s’ancre, dans un certain sens, dans un schéma de spiritualité naturel, je pourrais même dire une foi de la nature, car ils inpliqueraient de concevoir le milieux dans lequel nous vivons en ne le dirigeant pas totalement mais plutôt de créer les moyen qui permetterait à nos ville de se construire d’elles même.

Ainsi, nous pouvons désormais dire que la méta-écologie dépasse l’idée simple d’une écologie de service, réduite à une considération matérielle et publicitaire. Le biomimétisme devient un art de la pensée et du développement humain dans son ensemble. Chaque chose doit être considérée, entremêlée aux autres, qu’elle soit de conception humaine ou de création naturelle, afin de permettre d’en créer de plus harmonieuse, aussi bien par rapport à nous que par rapport à ce qui nous entoure.

60 61

http://www.brl.ac.uk/ http://www.brl.ac.uk/research/researchthemes/swarmrobotics.aspx

Figure 33 : Exemple de Swarm Robotics du laboratoire en robotique de l’université de Bristol ( source : https://phys.org/ news/2014-09-honeybee-robots-replicate-swarm-behaviour.html)

Figure 35 : Image de l’expérience des disque de couleurs et de l’auto-organisation des fourmis avec les Swarm Robotics du laboratoire en robotique de l’université de Bristol (source : http://www.33rdsquare.com/2012/10/researchersdemonstrate-swarm-robot.html)

Partie 2 Quand la nature devient source de développement

Chapitre 6 Notion différentes et similaires

2.6 Notions différentes et similaires Au cours de ce chapitre, nous avons pu entrevoir un panel de notions s’apparentant au biomimétisme. Aussi, nous avons pu déterminer leurs concepts, leurs approches théoriques et le contexte dans lequel ces notions s’installent au fur et à mesure des années. Ainsi, nous pouvons maintenant dire que bien que similaires dans la forme, elles n’en sont pas moins différentes. Bien que leur but soit de comprendre et interpréter le fonctionnement du vivant, de par leur contexte historique et éthique, leur volonté originelle est éloignée voire même parfois contradictoire.

Mais de fait, nous avons pu voir qu’aujourd’hui la société, les mœurs et l’éthique ont bien changé par rapport à l’histoire de chacune de ces notions. Par cette approche de compréhension du biomimétisme que tend à réaliser ce mémoire, nous pouvons maintenant émettre un ordonnancement plus actuel de ces termes. Dans ce cadre, nous pouvons commencer par faire un récapitulatif général qui orientera notre définition.

En premier lieu, nous avons abordé le terme de biomimétisme pour lequel nous avons émis une définition. Ainsi, le biomimétisme serait une méthode de conceptualisation de système, d’objet, de structure, partant d’une étude théorique et expérimentale volontaire d’éléments d’inspiration naturelle, dans le but de les optimiser efficacement par rapport à une nécessité sociétale et environnementale.

Ensuite, nous avons abordé le terme de la biotechnologie. Partant lui aussi d’une volonté d’observer (et non imiter) le vivant pour mieux le comprendre, afin de l’optimiser, l’améliorer, le créer, le soigner. C’est en quelque sorte une technologie vivante composée de matières non inertes. En parallèle, nous avons abordés les termes de Bio-ingénierie ou de génie-biologique représentant une sous branche de la biotechnologie, visant à définir l’étude de la biologie dans le but d’en créer des applications industrialisables ou commercialisables.

Dans un quatrième temps, nous avons observé au travers de plusieurs exemples ce qu’était la bionique. Elle est en quelque sorte à l’opposé de la biotechnologie car elle tend à créer des solutions dans la technologie, l’architecture, ainsi que dans beaucoup d’autres champs, par l’imitation de la nature à l’aide des matériaux inertes. 52

Puis, nous avons abordé l’économie de la connaissance, qui tend vers une théorie novatrice sur l’approche que nous nous faisons de la nature et de ce qu’elle peut nous apporter. Enfin, nous avons effleuré la méta-écologie, qui au-delà d’un simple concept est une philosophie, voire même une approche spirituelle de la conception humaine et de la nature. Elle vise à définir la totalité des problèmes actuels du monde moderne et de la nature afin de resituer, dans l’ensemble de la biosphère, notre propre position d’être vivant et non innaturel.

Bien entendu, il existe bon nombre d’autres termes s’approchant de ces démarches «bio-inspirées» mais ici, nous avons tenté de retenir le panel le plus large possible tout en simplifiant le nombre. Car le but essentiel n’est pas de créer une définition mais bien au contraire de comprendre les grands concepts qui nous ont mené à ce que représentent ces termes aujourd’hui.

Ainsi, je peux finalement établir un système organisationnel de ces terminologies dans leur contexte actuel et nous pouvons commencé par ordre d’importance comme suit :

La méta-écologie : qui est la grande philosophie

L’économie de la connaissance : qui est le principe théorique de croissance sociétale

La bio-inspiration : qui est le concept d’étude de la nature pour concevoir

Le biomimétisme : qui est le concept d’étude de la nature afin de l’imiter pour améliorer la société

La bionique : qui est la science de production technologique inerte inspirée du vivant L’écomimétisme : qui est la science de conception d’organisation de l’habitat inspirée du vivant.

Partie 2 Quand la nature devient source de développement

Chapitre 6 Notion différentes et similaires

Pour ce qui est de la suite organisationnelle, il semble difficile de les définir commes étant intégrés aux philosophies de la méta-écologie et à la théorie de l’économie de la connaissance tant leurs concept et contexte actuels sont éloignés. En revanche comme exposé précédemment, ils pourraient s’intégrer dans une démarche bio-inspirée. Dans ce cadre, nous les placerons ainsi :

La bio-technologie : qui est le concept d’étude de la nature pour améliorer le vivant

La bio-ingénierie : qui est l’étude de l’application industrielle des bio-technologies

Malgré tout, il semble que certains domaines de la bio-technologie et de la bio-ingénierie se développent dans une pensée s’imbriquant dans la philosophie de la méta-écologie. Aussi, je suis tenté de distinguer ces deux approches et de parler de bio-synthétisme visant ici à étudier le vivant pour créer des éléments de la même manière que dans la biosphère, comme ce serait le cas de certaines conceptions. Notamment Glowee créant des protéines fluorescentes comme détaillé précédemment.

Ainsi, nous pouvons finalement induire un schéma général des notions du biomimétisme, représenté ici à droite.

Ce schéma est relatif, comme dit précédemment il tend à entreprendre une compréhension globale du biomimétisme afin de l’appliquer dans ce mémoire. Mais cette définition ne saurait prétendre être exacte tant la complexité des démarches d’inspiration de la nature est large.

Au terme de ce chapitre, nous sommes aptes à définir ce que serait les potentiels du biomimétisme sur tous les aspects cités plus tôt. Nous tenterons ainsi d’en développer une ouverture possible applicable au développement architectural futur. En revanche, il serait déplacé de penser à toute inspiration de la nature comme étant idéaliste. Effectivement, comme peut nous le laisser entendre l’histoire de l’homme, toute considération peut être détournée au profit de notre implacable statut d’être humain.

C’est pourquoi, il est important de considérer le milieu dans lequel nous sommes, non pas comme exploitable mais comme un ensemble. Aussi, parfois la “non prévision” peut être profitable et l’autoorganisation créatrice de grandeur. Comme nous l’explique André Rehse dans son cycle reportage « biomimétisme, naturellement génial. » « le biomimétisme ne saurait être réduit à un simple outil. La nature ne se borne pas à construire, elle programme, elle calcule. ».

A mon sens au terme de ce chapitre, nous pouvons noter une divergence entre les différentes conceptions biomimétiques. Dans un premier temps nous pouvons oserver une volontée d’imitation formel du vivant, se basant sur l’inspiration de formes ou de structures vivantes, comme par exemple le Velcro que nous avons abordé précédement. Ensuite nous avons dans un second temps ce que je me permetterait d’appeler une imitation indirecte tentant de s’inspirer de l’adaptabilité du vivant. Selon moi il est extrèmement important que cette différence soit soulevée car elle donne ainsi plusieurs schémas de réflexion dans le biomimétisme.

De toute cette analyse et par ces exemples développés, l’architecture peut se voir dotée d’éléments conséquents incitant à réflexions dans son élaboration, lui donnant ainsi des potentiels nouveaux.

Schémas organisationnelle des terminologie et des concept du biomimétisme, Schémas de conception personnelle

3 Biomimétisme et architecture Le biomimétisme semble ne pas être une simple étude du vivant pour concevoir des solutions techniques. Effectivement, de ce que nous avons pu voir dans la compréhension de la notion, celuici s’implante dans une compréhension globale de la conceptualisation. Du moins à mon sens, il ne peut prendre réelle signification qu’à partir du moment où chaque élément se correspond à de multiples échelles. De ce fait, il semble que le biomimétisme soit en entière relation avec l’étude globale des systèmes complexes ou plus simplement, la systémique.

Partie 3 Biomimétisme et architecture

Chapitre 1 Systémique ou concevoir par l’ensemble

3.1 Systémique ou concevoir par l’ensemble Ainsi la systémique est une méthode d’étude par ensemble déterminant l’existence d’objets complexes comme les écosystèmes naturels ou les super-organismes62. De ce fait, elle est applicable à tous les champs scientifiques car elle permet de comprendre comment un objet d’étude s’implante dans son ensemble.

L’approche théorique de conception de l’architecture qui m’a été enseignée, vise un impact que l’on pourrait qualifier de réparation de l’architecture et du milieu urbain. Nous nous intéressons là à un développement presque psychologique et fonctionnel de l’architecture. Ainsi l’habitat s’optimise par rapport à nos sensation dans l’espace et par rapport à l’utilité des fonctions que nous prévoyons. De ce fait, l’analyse des systèmes est importante pour réaliser une telle architecture. Comment le bruit touche-t’il le site sur lequel nous nous implantons et comment répartir les fonctions de nos bâtiments afin de les optimiser vis à vis du bruit ambiant ?

Ceci est un exemple simple, qui ne reflète pas forcément l’ampleur de la tâche mais l’idée est là. Conceptualiser donc l’architecture par une approche phénoménologique nommée « l’affordance » par Gibson63, ou plutôt se baser sur la perception des phénomènes, de Maurice Merleau-Ponty, qui nous permettront de mieux disposer l’espace.64 Cette conception est appelée une conception par la morphogenèse, c’est à dire que la forme, qu’elle soit physique ou fonctionnelle, est générée par des paramètres qui composent son milieu et ses besoins.

Cette méthode semble dans la théorie extrêmement intéressante dans l’optimisation de l’architecture. Cela dit, il y a une part problématique dans cette approche. Premièrement en architecture, l’élaboration de l’étude nécessaire pour arriver à un résultat vraisemblable est colossale car cette approche tend à prendre en compte tous les points qui influencent l’environnement d’un site. Alors que, comme nous avons pu le voir, dans la nature tout s’influence et tout se complète naturellement, c’est la base de l’écosystème. Deuxièmement, la nature nous montre aussi qu’elle est évolutive et changeante, et que les espèces hyper-adaptées sont les moins aptes à évoluer.

62 63 64

Superorganisme : Un superorganisme est un organisme composé de nombreux individus. C’est en général une unité d’animaux eusociaux, où la division du travail est hautement spécialisée et où les individus isolés ne sont pas aptes à vivre par eux-mêmes sur de longues périodes. L’approche écologique de la perception visuelle, James J. Gibson 1979 Phénoménologie de la perception, Maurice Merleau-Ponty, 1976

Ce schéma pose pour moi un problème, cela dit l’intérêt de ces méthodes d’étude et de conceptualisation, que sont la systémique et la morphogenèse, semble importante et indissociable d’une conceptualisation biomimétique en architecture. Car la nature est faite mathématiquement de constantes, un être vivant correspond à un environnement et pas à un autre, de même que tout son organisme est conçu pour répondre à ses besoins. Ceci se retrouve à toutes les échelles de la genèse. Un poisson est fait pour respirer sous l’eau de même que les cellules composant ses branchies sont conçues pour récupérer l’oxygène dans la masse de l’océan. Les orchidées endémiques d’Amazonie ne sont pas faites pour exister sous un climat polaire tout comme les pétales des plantes ne sont pas faites pour attirer toutes les mêmes insectes.

Ceci peut s’approcher effectivement d’une conception de manière morphogénétique. Cela dit un organisme vivant est, de par nature, composé de matière biologique auto-organisée et auto-générée. Ce qui signifie qu’il évolue continuellement par rapport aux changements environnementaux. A la différence de l’architecture, qui est composée de matière inerte et inflexible. Nous pourrions dire que l’architecture est capable d’évoluer de par l’interaction de l’homme, mais dans ce cadre là, il s’agirait plutôt de modification planifiée visant à restructurer par une part de destruction.

Une réflexion intéressante concernant l’architecture, serait de la concevoir optimisée à son environnement tout en lui donnant la possibilité d’évoluer d’elle même. Ainsi, que ce soit pour répondre aux changements environnementaux, sociétaux, humains et psychologiques, l’étude complexe de la systémique prendrait réel sens. De plus, le biomimétisme ne pourrait être vraiment considéré comme tel que si la réalisation qu’il conçoit est à grande échelle. A mon sens, il s’agirait d’un moyen potentiel pour ’atteindre la même résilience que la nature dans l’architecture et l’urbanisme

Partie 3 Biomimétisme et architecture

Chapitre 2 Technologie numérique et morphogenèse

3.2 Technologie numérique et morphogenèse Aujourd’hui comment parler d’architecture ou de n’importe quelle aspect de la société sans parler des technologies numériques qui font partie intégrante de notre quotidien ? Nous les utilisons pour concevoir, pour calculer, pour communiquer et pour accéder à bon nombre de services. Aussi, comme expliqué dans mon rapport de licence, l’intérêt aujourd’hui des outils numériques n’est pas réellement dans la révolution sociétale qu’ils provoquent, mais dans le nouveaux langages intellectuels qu’ils développent. Chaque outil induit un nouveau potentiel reflectif apte à faire apparaître de nouveaux outils.

Notamment, le numérique tend à créer un bon nombre d’outils de plus en plus performants. Aussi, la capacité des outils numériques à raisonner dans un univers virtuel, leur donne beaucoup de potentiel. Effectivement, cet univers virtuel non tangible est de base vierge, qui ne demande qu’à obtenir des paramètres ou des constantes environnementales. Ainsi, l’implantation de données déterminés par une approche systémique pourrait permettre de manière indéniable de développer morphologiquement une architecture optimisée à son environnement.

Nous pouvons citer à titre d’exemple le projet KYAI (Figure 36) développé par Danny Jens Karas. Dans ce projet, il tente de concevoir un bâtiment optimisé par rapport à chaque fonction, chaque connexion. Une fois chaque espace optimisé, il le recompose par rapport à l’optimisation de la matérialité. Tout ceci par le biais d’algorithmes de génération de forme. Ainsi, comme il le dit lui même « Le résultat est une demi-création. Ni complètement généré, ni complètement conçu délibérément. L’objet produit est à la marge entre conçu et généré. »(Danny Jens Karas, KYAI, 2013). Ainsi, il base la production de l’architecture sur la déformation et l’évolution physique de l’espace dans la dimension virtuelle, qu’il paramètre selon ses besoins ou ses envies65.

Façonner la forme de cette manière change la relation du matériel à la chose qu’elle incarne. Maintenant, au lieu du modèle architectural servant de référence à construire, c’est une étape dans laquelle le modèle et le matériel sont du même processus. Différents morceaux sont constamment démembrés, combinés, laissés en place ou enlevés constituant un processus de production basé sur la déformation.( Danny Jens Karas, KYAI, 2013)

http://dannykaras.com/2013-KIAI

Ici nous nous trouvons dans une conception morphogénétique conçue de manière générative, comme cela pourrait être le cas dans la nature. En revanche, Danny Jens Karas dans ce projet ne semble pas prendre en compte une certaine influence de l’environnement extérieur. Cela tend à poser problème car dénué d’essence physique réelle, l’architecture ne devient qu’expérimentation gratuite d’une forme impossible. De ce fait, elle crée une certaine forme de dissonance entre phénomène propice à la vie humaine et programmation fonctionnelle. Effectivement, une telle conception rend l’architecture in-contextualisable et inapte à donner, dans un certain sens, une viabilité à l’espace.

Malgré tout, du point de vue de la simple expérimentation numérique, le potentiel que peut donner cette méthode de conception est très intéressant. Effectivement, celui-ci rend possible la conception morphogénétique pure, de plus il donne un certain semblant d’évolutivité et d’auto-générence si « capable » dans la nature. Dans ce cadre ci, nous touchons à ce qui semble être l’étude de la capacité des morphologie du vivant à s’auto-générer et à se déformer, applicable à la conception de l’architecture, comme les formes et les croissance de D’Arcy Thomson66.

Figure 36 : Illustration du projet KIAY de Danny Jens Karas, 2013 ( source : http://dannykaras.com/2013-KIAI)

Forme et croissance, D’arcy Wentworht Thompson, John Tyler Bonner, Alain prochiantz, Stephen Jay Gould, Dominique teyssié, 2009

Partie 3 Biomimétisme et architecture

Chapitre 3 Les Automate-cellulaire

3.3 Quand la conception devient auto-générative, Les Automate-cellulaire Dans ce postulat nous tendons vers ce qui semble être la simulation de la nature dans le milieu virtuel. Ainsi, dans l’étude de l’auto-générence et l’auto-organisation du vivant, certaines expériences ont été menées dans le but de comprendre et de créer la codification mathématique ou géométrique des organismes vivants.

Nous pouvons parler, dans ce cas, du système des automates cellulaires, qui tend comme cela semble être le cas dans le projet KYAI, à comprendre l’auto-organisation des cellules biologiques.

L’automate cellulaire est un système auto-organisé. Il a été développé dans les années 40 par Stanislaw Ulam et John Von Neumann dans le Laboratoire national de Los Alamos67. Les deux hommes travaillaient sur des thèmes différents, l’un sur la croissance des cristaux et le second sur des systèmes auto-réplicatifs. C’est à la conjonction de leurs travaux que s’est développé le premier automate cellulaire, le « copieur et constructeur universel »68.

Ainsi, l’automate cellulaire se définit comme étant la représentation de l’auto organisation cellulaire. Il consiste en une grille régulière composée de cellules carrées que nous pourrions qualifier de pixels. Ces cellules sont caractérisées chacune par un « état » définit par un ensemble fini mais possédant la capacité d’évoluer dans le temps. Ces états et leurs évolutions se définissent selon des règles simples réagissant à ce que nous nommons leur « voisinage ».69

67 68

John von Neumann, Arthur W. Burks, Theory of Self-Reproducing Automata, University of Illinois Press (1966). Copieur et constructeur universel : L’automate cellulaire utilisé par von Neumann comporte 29 états distincts. La structure autoréplicante utilise ces 29 états pour simuler des fils et des signaux. Un enregistrement formé par une succession de cellules encode une suite d’actions que la structure doit effectuer. À l’aide d’une tête d’écriture, cette structure peut créer de nouvelles cellules, permettant ainsi une réplication d’elle-même et de l’enregistrement. Le constructeur universel de von Neumann est la démonstration de la possibilité logique de l’autoréplication. Complexité dynamique et algorithmique des automates cellulaires, Julien Cervelle, 2010

Nous pouvons développer la définition formelle pour décrire leurs fonctionnement70 :

Les automates cellulaires se développent selon une codification en 4 points (d,Q,V,δ)

d définit la dimension de l’automate, c’est à dire dans quelle coordonnée de représentation spéciale il s’intègre. Il est alors représenté dans un réseau dit Zd qui détermine l’espace direct de dimension d.

Q détermine l’alphabet, c’est à dire les différents « états » finis des cellules.

V détermine l’alphabet, c’est à dire les différents « états » finis des cellules d. Nous l’exprimons Zd

ainsi dans la forme V

δ représente la règle de changement d’état. Elle se définit sous la forme δ : Qα → Q dont α est égale au cardinal d’un ensemble tel que V

Zd ou α = |V| .

Il est donc ce que l’on appel l’arité de l’automate. d

A cet ensemble d’états finis attrivué à une cellule, une configuration nommée QZ c’est-à-dire une fonction Zd dans Q.

Nous ajoutons à cette définition finie et locale, une fonction globale d’évolution de l’automate Fδ d

: QZ → QZ ce qui signifie approximativement qu’en fonction de la règle δ (delta), l’état fini de la cellule d’alphabet Q se transforme en un second état d’alphabet Q lui-même en fonction du réseau Zd de la première cellule et de la seconde.

Ce changement d’état dans la fonction globale est défini par :

Fδ (c) = z

δ(c(z+v1),…….,c(z+vα)) pour toute configuration où la cellule c appartient à la d

configuration locale QZ . Nous l’écrivons donc c

QZ ou V={v1 , ………. , vα}.

Universality in Elementary Cellular Automata, Complex Systems, Vol. 15, M. Cook, 2004 & https://fr.wikipedia. org/wiki/Automate_cellulaire

Partie 3 Biomimétisme et architecture

Chapitre 3 Les Automate-cellulaire

En exemple, prenons une dimension d=2 (x,y) dont le réseau Zd est de 5 sur 5 unités

Figure 37: espace dimensionnel définit X,Y. conception personelle

Figure 38: Réseaux Zd d’unité X=5 Y=5. conception personelle

Nous lui donnons l’alphabet Q comprenant comme état fini de cellule une couleur jaune en second orange et en dernier rouge. 1. Etat fini jaune Figure 39: Alphabet Q selon 3 état Changement d’état fini conception personelle

2.Etat fini orange

3. Etat fini rouge

Ensuite, nous avons la valeur du nombre de voisin V Ensuite, nous avons la valeur du nombre de 4 voisin Zd de 5 par 5

Figure 40: Voisin V de Valeur 4. conception personelle

Figure 41: Voisin V de valeur 4 dans le réseau Zd conception personelle

Enfin, nous définissons les règles de changement d’état δ auquelles nous attribuons 3 points. Si la cellule C possède 1 voisin jaune la cellule C devient orange. Si la cellule C possède 2 voisins oranges elle devient rouge. Si la cellule C possède 2 voisins rouges alors elle devient jaune.

Figure 41: Règle de changement d’état fini d’alphabet Q entre les voisin V de valeur 4 , conception personelle

Ainsi, selon les 4 composantes que nous venons de définir pour un automate cellulaire, si nous plaçons au temps 0 des états finis aléatoirement sur la grille, et que nous mettons en scène sur 4 temps, nous arriverons à une évolution comme suit :

Figure 42: Automate cellulaire construit selon les règles précédentes sur 4 itération avec une configuration aléatoire a temps 0 conception personelle

Partie 3 Biomimétisme et architecture

Chapitre 3 Les Automate-cellulaire

Ce système est défini à la fois dans l’unité des cellules, dans leur ensemble local et dans leur correspondances globales. Il nous explique mathématiquement l’organisation générale sous plusieurs échelles. Cela me semble extrêmement intéressant car démontrant une existence propre d’éléments influençant l’ensemble d’un système. Cela induit ainsi l’image que tend à défendre les approches systémiques et morphogénétiques qui m’ont été enseignées. De plus, ce système d’automat donne à réfléchir sur le fonctionnement d’un écosystème complexe que pourrait être l’organisation des cellules naturel et de la biosphère.

Dans ce registre d’étude, les automates cellulaires ont reproduit un schéma d’auto-organisation naturelle. Effectivement, en 1970, John Horton Conway un mathématicien Britannique, conçoit un automate cellulaire en se basant sur la vie ou la mort de cellules représentéespar des pixels sru une grilles. Il l’apparente ainsi à l’auto-organisation et à l’auto-générance des cellules organiques. Il se définit par trois règles très simples d’existence 71 :

1. Si une cellule a exactement trois voisines vivantes, elle est vivante à l’étape suivante. 2. Si une cellule a exactement deux voisines vivantes, elle reste dans son état actuel à l’étape suivante. 3. Si une cellule a strictement moins de deux ou strictement plus de trois voisines vivantes, elle est morte à l’étape suivante.

Aussi, il semble important de souligner que dans une configuration complexe, c’est à dire dans laquelle un automate est réparti sur un large réseau, l’évolution peut atteindre un stade de « stabilisation ». Dans ce cadre, l’automate cellulaire va évoluer très longuement faisant naître ou mourir des cellules, dans le cadre du jeu de la vie, jusqu’à produire une organisation ne permettant ni la naissance ni le décès de cellules. Nous pouvons dire dans ce cas, à l’image de la nature, qu’il s’agit de la naissance d’un organisme complet. Cependant dans certaine configuration de base les celulle peuvent ne jamais se stabiliser elle reste en perpétuelle évolution comme cela est le cas pour le «canon» du jeux de la vie de Ralph William Gosper72 (Figure 43). Ces «canon» qui fond partie de ce que l’on nomes les automate cellulaire Oscillateur sont de base évolutif mais stable tant leurs structures évolutives sont répétitive. 71

Martin Gardner, Mathematical Games. The fantastic combinations of John Conway’s new solitaire game « life », Scientific American no 223 (Octobre 1970), p. 120-123. https://fr.wikipedia.org/wiki/Canon_(automate_cellulaire)

Dans ces cas ci nous parlons, à l’image de la nature, «d’instabilité celulaire», propice à une évolution constante et , de faite, à une meilleurs pérénisation des structure vis à vis des boulversements externe. Cela dis il est possible de dire que le jeu de la viee a donc permis de calculer l’ensemble d’une structure complexe sur plusieurs niveaux d’échelle.

C’est là que réside selon moi, le réel potentiel de l’automate cellulaire. Car pour développer une architecture ou un urbanisme sur le modèle de la nature, la capacité configurationnelle de l’automate cellulaire est un facteur qui semble être indispensable. De plus, son élaboration sur des règles simples et sur des stabilisation évolutive est un atout pour développer des structures potentiellement évolutives.

Figure 43: Illustration du Canon de Ralph William Gosper (source : http://www.inclassablesmathematiques.fr/)

Partie 3 Biomimétisme et architecture

Chapitre 3 Les Automate-cellulaire

En architecture, des projets on été menés en suivant les règles évolutives des automates cellulaires. Il permettent, en théorie, de rendre l’architecture changeante selon les besoins et l’utilisation par un public.

Nous pouvons ainsi citer le projet réalisé lors du Workshop de l’Architecture Association, le laboratoire de recherche en design de Londres au Royaume Uni. Ce projet, Cellular Automata In Architecture (Figure 44), a été dirigé par Mostafa El Sayed et réalisé par Dmytro Aranchii, Paul Bart, Yuqiu Jiang et Flavia Santos. Il a été conçu dans le but d’explorer plus profondément la théorie des automates cellulaires et sa pratique. De plus, il tendait à définir des stratégies de contrôle du système d’autoorganisation et à trouver des directions d’utilisation dans la conception architecturale73.

Le but de l’étude était de développer un algorithme analysant le système et les automates cellulaires sur une base de données statistiques. Ainsi, cette analyse décide de comment modifier les paramètres d’entrée, les règles de la croissance ou de la production initiale, et modifie la structure géométrique du système en prenant en compte des stratégies qui sont nécessaires à la réalisation de la conception (Figure 45).

Une grande partie de l’atelier a été consacrée à l’essai de diverses conditions d’entrée et la génération de règles. La deuxième phase a consisté à obtenir des données numériques du système complexe. La troisième concernait l’interprétation et la recherche du chemin d’application des chiffres obtenus. Enfin la quatrième, un changement de la morphologie du terrain généré en partant de la fabrication d’un modèle physique du catalogue des variations et une explication graphique de l’arbre de recherche du résultat souhaité. (Figure 46) 74

Ainsi dans ce projet, ils tentent de concevoir une structure stabilisée et surtout maîtrisée capable d’être utilisée pour une application architecturale. Ils génèrent par ces méthodes une ville unimorphique dans laquelle ils intègrent de potentiels espaces viaires et des structures habitables. Bien qu’inconcevable car contextualisable, ce projet ouvre certains potentiels à l’utilisation et à la maîtrise des automates cellulaires pour générer et organiser des structures.

73 74

http://www.evolo.us/architecture/cellular-automata-in-architecture-aa-workshop/ http://pedro.co.za/content/cellular-automata-architecture-aa-workshop

Figure 44: Image du projet Cellular Automata In Architecture (source : http://pedro.co.za/content/cellular-automataarchitecture-aa-workshop)

Figure 45: Illustration de la configuration par Data donnĂŠe en automate cellulare du projet Cellular Automata In Architecture (source : http://pedro.co.za/content/cellular-automata-architecture-aa-workshop)

Figure 46: Illustration de la formation par automate cellulaire du projet Cellular Automata In Architecture (source : http://pedro.co.za/content/cellular-automata-architecture-aa-workshop)

Partie 3 Biomimétisme et architecture

Chapitre 3 Les Automate-cellulaire

Dans le même cadre, toujours à la AA school dans le laboratoire de recherche en design, le projet AEROS est un bon exemple de génération de structures. Il est réalisé par Cemil Ceyhan GONEN, Konstantinos PSOMAS, Sara Gemma SABATE GOMEZ, et Vishu BHOOSHAN. Ce projet tend à construire une structure viable à l’aide d’algorithmes fonctionnant exactement sur le principe des règles de l’existence des automates cellulaires (Figure 47 à 49) 75.

Bien plus qu’à la simple conception d’une structure, c’est aussi à la manière de concevoir qu’il s’intéresse dans ce projet, avec des drones autonomes et indépendants les uns des autres, conçus de la même manière que les Swarmrobot (Figure 50), une structure se forme à la manière de certains champignons, par la structuration de leur mycélium, ou de méga-organismes bactériologiques ou même de la structure des ponts de certaines fourmis (Figure 51) 76.

Figure 47: Photo de la maquette réalisé du projet AEROS (source : http://www.suckerpunchdaily.com/2013/07/15/ aeros/)

Figure 48: image de la maquette virtuel vue en perspective coupe longitudinal du projet AEROS (source : http://www. suckerpunchdaily.com/2013/07/15/aeros/)

75 76

http://www.suckerpunchdaily.com/2013/07/15/aeros/ https://issuu.com/syntaxerror/docs/aeros

Figure 49: Image de la maquette virtuel générée du projet AEROS (source : http://www.suckerpunchdaily. com/2013/07/15/aeros/)

Figure 50: Schémas de fonctionnement de la construction par drone du projet AEROS (source : https://issuu.com/ syntaxerror/docs/aeros)

Figure 51: Illustration de la structure générative du projet AEROS (source : http://www.suckerpunchdaily. com/2013/07/15/aeros/)

Partie 3 Biomimétisme et architecture

Chapitre 3 Les Automate-cellulaire

Au delà de la simple expérimentation, d’autres projets se sont intéressés aux automates cellulaires et surtout à leurs capacités d’évolutivité en architecture.

C’est le cas du projet « HyperCell » réalisé au Spyropoulos Design Lab de Londres77, qui revisite le jeu de la vie en architecture, et en utilisant ses mêmes règles, des petites sphères de plastique ont été créées, dans lesquelles est incorporé un robot commandé par arduinos78. Par un ingénieux système d’aimant pouvant effectuer des rotations dans la sphère, ces robots sont capables, par le jeu d’existence, de se mouvoir les uns par rapports au autres créant ainsi des structures architecturales (Figure 52 à 58).79

HyperCell est un système d’architecture dynamique qui peut répondre aux changements par la conscience de soi, la mobilité, la souplesse et la reconfigurabilité. La proposition répond aux changements à travers la conscience de soi de chaque cellule à son entourage et la population cellulaire localisée. Chaque cellule individuelle peut faire sa propre décision et a la capacité de grimper, rouler et changer sa forme. HyperCell est basé sur la prise de décision locale entre chaque cellule et crée des structures spatiales, changeant continuellement selon sa population.(traduit du site : aaschool.ac.uk/portfolio, projet HyperCell, Ch. Project description).

Figure 52: Photo du système interne des modules cellulaire du projet HyperCell (source : http://drl.aaschool.ac.uk/ portfolio/hypercell/)

77 78 79

http://drl.aaschool.ac.uk/ http://www.makery.info/2015/08/03/un-design-lab-revisite-le-jeu-de-la-vie-en-architecture/ http://drl.aaschool.ac.uk/portfolio/hypercell/

Figure 53 à gauche: Photo d’un module cellulaire du projet HyperCell , Figure 54 à droite : maquette virtuel d’un module cellulaire et de sa configuration primaire interne, projet HyperCell (source : http://drl.aaschool.ac.uk/portfolio/ hypercell/)

Figure 55 à gauche: Illustration en axonométrie éclatée du système interne et externet d’un module cellulaire du projet HyperCell, Figure 56 à droite : maquette virtuel d’un petit ensemble de module configué selon les lois du jeu de la vie , projet HyperCell (source : http://drl.aaschool.ac.uk/portfolio/hypercell/)

Figure 57 à gauche: maquette virtuelle d’un grand ensemble de module cellulaire se configurant les uns par rapport au autres pour former des murs, projet HyperCell, Figure 58 à droite : maquette virtuel prospective d’un très grand ensemble de module cellulaire se configurant les uns par rapport au autres pour générer des megastructure, projet HyperCell (source : http://drl.aaschool.ac.uk/portfolio/hypercell/)

Partie 3 Biomimétisme et architecture

Chapitre 3 Les Automate-cellulaire

Le projet Wingscape de Alex Haw, Fred Vitzthum chez Atmosstudio80, qui tentent de créer une structure adaptative et évolutive, un pavillon composé de bras articulés se mouvant indépendamment les uns des autres, mais composant une unité dans leur ensemble, afin de parfaire la stabilité de la structure par rapport à la dimension que demande l’utilisation du pavillon (Figure 59 à 61).

Pour cette conception, ils s’inspirent de la structure des ailes du papillon et étudient les automates cellulaires, afin de donner cette capacité évolutive au bras articulé

Ici la structure créée ne fonctionne pas exactement comme un automat cellulaire a proprement parlé. Effectivement ici il n’y a pas de cellule ou du moins nous n’avons pas l’image que nous pouvons nous faire d’une cellule. Dans cette structure ce sont les bras articulé qui se comportent comme les cellule d’un automat. Ceux ci s’agence les un par rapport au autres et par rapport à l’espace. Plus précisément, ce sont les espaces interne du pavillons qui sont les cellules de l’automat cellulaire. Les bras eux servent a délimité un espace existant ou non comme les cellules du jeu de la vie qui sont vivante ou non (Figure 62).81

Ainsi, le pavillon peut à la fois servir d’abri dans un parc tout comme il peut accueillir une conférence de public plus ou moins important.

Le pavillon érigé se reconstruit constamment - vingt-deux bras cinétiques de chaque côté d’une épine centrale décrivent un nombre infini d’espaces. En fonction du programme et du but du lieu, les côtes se rétrécissent, se dilatent, se gonflent et se contractent, ce qui permet un volume toujours changeant adapté aux besoins requis et souhaités. Les espaces peuvent être agrandis ou subdivisés à volonté pour s’adapter à n’importe quel nombre de programmes; Chaque nervure fournit une connexion sur sa face inférieure pour permettre la fixation de murs lourds ou de rideaux légers. Tous les quadrants peuvent être interconnectés ou chacun peut être omis individuellement. Les nervures structurales expriment cette compartimentation, en les plongeant légèrement au centre pour accentuer la division possible en plusieurs ailes utiles, tout en permettant à l’ensemble de l’espace d’être unifié dans son ensemble. La structure peut être érigée comme un ensemble sculptural statique, ou activée comme un kit mécanique de pièces. Le kit peut être commandé manuellement, comme l’auvent devant une vitrine, ou contrôlé par ordinateur avec des mécanismes sophistiqués de rétroaction qui pourraient même pré-programmer des ensembles complexes de mouvements et d’animations. (traduction à partir du site : atmosstudio.com, projet Wingscape, Ch. Bits of Kits)

80 81

http://www.atmosstudio.com/ http://www.atmosstudio.com/Wingscape

Ce projet nous montre donc le potentiel d’évolutivité dans des réalisations architecturales. Il nous montre comment, par un soucieux mélange entre biomimétisme formel, bionique et écomimétisme, une architecture évolutive, proche du vivant, peut être développée par des mécanismes simples et ainsi développer cette même incroyable résilience dont est capable la nature.

Figure 59 à gauche:Illustration en coupe du mouvement des bras articulé du projet Wingscape, Figure 60 à droite: maquette virtuel de l’un des deux côté de la structure du pavillon du projet Wingscape (source : http://www.atmosstudio.com/Wingscape)

Figure 61 : Vue de différentes face du pavillon avec l’illustration du mouvement des bras articulé, projet Wingscape, (source : http://www.atmosstudio.com/Wingscape)

Figure 62 : Vue de différentes composition statiale du pavillon et de leurs d’existance , projet Wingscape, (source : http://www.atmosstudio.com/Wingscape)

Partie 3 Biomimétisme et architecture

Chapitre 4 Les L-Systèmes

3.4 Quand le numérique devient proliférant, Les L-systèmes Dans ce qui semble être la codification numérique des structures du vivant, d’autres approches ont été menées. Les L-systèmes sont directement liés à ces études et il semble indispensable d’aborder leurs concepts. Ces codes ont été conçus par Aristid Lindenmayer (Figure 63), un biologiste Hongrois, en 1968. C’est en étudiant le processus de prolifération et de développement des plantes et des bactéries, qu’il met au point ce système de codification pour décrire l’évolutivité proliférante de ces organismes. Il détermine ce code par un processus d’interprétation grammaticale décrivant les itérations d’évolution82.

Cette grammaire générative est définie par 4 points :

V définit l’alphabet utilisé pour construire le L-système souhaité S est la constante du système w peut être caractérisé comme étant l’axiome du système, c’est à dire l’état

initial du

système que l’on pourrait nommer la graine ou la semence. P est quand a lui l’ensemble des règles qui compose la grammaire du L-système généré.

En exemple simple, on peut monter un L-système plus basique que celui décrit par Lindenmayer, nommé L’algue de Lindenmayer (Figure 64) 83:

1. alphabet du système dit V ={A,B}

2. Valeur constante S est indéfini ici elle est défini uniquement dans certain cas de L-systèmes spéciaux sinon elle est constante. Soit S = {}

3. La graine ou semence w = {A}

4. Les règle de grammaire du système P = {A=AB}&{B=A}

82 83

Lindenmayer systems, Fractals, and plants, Przemyslaw Prusinkiewicz, James hanan, 1992 The book of L, Springer-Verlag, 2012

Selon cette règle, nous montons la suite suivante composante du système sur 6 générations : n0 → A n1 → AB n2 → ABA n3 → ABAAB n4 → ABAABABA n5 → ABAABABAABAAB n6 → ABAABABAABAABABAABABA

Il s’agit ici du système L le plus simple décrivant l’évolution de la graine à partir de règles simples. Dans ce même fonctionnement, nous avons aussi une suite mathématique très célèbre qui est à l’opposé de l’algue de Lindenmayer, la suite de Fibonacci. Dans celle-ci, les règles sont inversées A=B et B=AB. Nous ne la décrirons pas ici car étant extrêmement similaire et l’exemple précédent nous laisse déduire logiquement son fonctionnement et ses itérations84.

Figure 63 à gauche: Photo de Aristid Lindenmayer ( source : http://www.geocities.ws/gplatl/LSystem/LSystem.html ) Figure 64 à droite: représentation graphique de l’algue de Lindenmayer (source : http://www.allenpike.com/modelingplants-with-l-systems/ )

https://fr.wikipedia.org/wiki/L-Syst%C3%A8me

Partie 3 Biomimétisme et architecture

Chapitre 4 Les L-Systèmes

Pour bien comprendre les possibilités en architecture biomimétique potentiellement évolutive et/ ou générative à l’image du vivant, nous pouvons aborder certaines déclinaisons des L-systèmes. L’interprétation de la tortue est, dans ce cadre là, le moyen de générer graphiquement ce code. Elle permet effectivement de donner une dimension géométrique à ce système. Ce nom, interprétation de la tortue ou « Turtle interpretation », vient du langage de programmation Logo qui fonctionne de la même manière. Les symboles correspondent à des mouvements devant être effectués dans les dimensions dans lesquelles se construit le système L85.

Cette interprétation se définit littéralement par un code composé de symboles dont plusieurs d’entre eux ont été normalisés86.

F : Se déplacer d’un pas unitaire ( + : Tourner à gauche d’angle α (

V) S)

- : Tourner à droite d’un angle α (

& : Pivoter vers le bas d’un angle α (

^ : Pivoter vers le haut d’un angle α (

< : Roulez vers la gauche d’un angle α ( > : Roulez vers la droite d’un angle α ( | : Tourner sur soi-même de 180 ° ( [ : Sauvegarder la position courante (

S) S)

] : Restaurer la dernière position sauvée (

Pour composer avec cette interprétation, nous introduisons ces symboles à l’alphabet V (

V),

quand ils sont variants, ou dans l’ensemble de valeurs constantes S ( S), quand les symboles sont constants.

A titre d’exemple, prenons la courbe de Koch ou flocon de Koch, une courbe fractale, l’une des premières à avoir été décrite. Elle porte ce nom due à son inventeur le mathématicien suédois Helge Von Koch qui décrivit cette courbe en 1904. 87

85 86 87

https://fr.wikipedia.org/wiki/L-Syst%C3%A8me#Interpr.C3.A9tation_en_tortue https://www.csee.umbc.edu/~ebert/693/TLin/node5.html https://fr.wikipedia.org/wiki/Flocon_de_Koch

Dans les L-systèmes elle se décrit sous cette forme 88:

L’alphabet variable V = {F}

La constantes S = {+,-}

L’axiome ou la graine w = F

Et la règles de prolifération (F=F+F-F-F+F)

A cette grammaire nous ajoutons l’angle d’évolution de valeurs 90° déterminant la valeurs α des symboles + et -. En code L-système sur deux générations nous l’écrivons ainsi :

temps 0 : F

temps 1 : F+F-F-F+F

temps 2 : F+F-F-F+F + F+F-F-F+F - F+F-F-F+F - F+F-F-F+F + F+F-F-F+F

Et graphiquement ces générations nous donnent ceci (Figure de conception personnelle):

temps 0 :

temps 1 :

temps 2 :

https://fr.wikipedia.org/wiki/L-Syst%C3%A8me#Exemple_de_la_courbe_de_Koch

Partie 3 Biomimétisme et architecture

Chapitre 4 Les L-Systèmes

Cet exemple nous montre donc le potentiel que peut avoir les L-systèmes à générer des structures, des pavages organisationnels en architecture. Aussi, nous pouvons tenter d’apercevoir, par le biais d’exemples, l’application de ces systèmes dans la composition de l’architecture.

Figure 65 à gauche: Illustration de la Courbe de Hilbert en 3D ( source : http://www.allenpike.com/modelingplants-with-l-systems/) Figure 66 à droite: modélisation 3D d’une structure en Système L (source : http://love1008. deviantart.com/art/L-System-3d-46949075 )

Figure 67: Maquette virtuelle d’un projet expérimental d’architecture en L-système de Michael Hansmeyer ( source : http://www.michael-hansmeyer.com/projects/l-systems.html#1)

Partie 3 Biomimétisme et architecture

Chapitre 4 Les L-Systèmes

Créative architecture Studio nous propose une utilisation plutôt concrète des L-systèmes en architecture. Grâce aux outils paramétriques permettant l’élaboration d’algorithmes, il conçoivent une structure générative selon des besoins statiques et utilitaires qu’ils intègrent aux règles de génération du L-système (Figure 68). 89

Le projet consiste à créer un abri forestier pour les randonneurs et les animaux. Pour ce faire, ils utilisent les données topographiques structurantes du milieu dans lequel ils s’implantent. De plus, le studio d’architecture proposant ce projet prend en considération les facteurs naturels les entourant (Figure 69).

Effectivement dans leurs études, il font plusieurs essais au cours desquels ils abordent plusieurs points. Ils tenteront même de concevoir la structure cellulaire des matériaux composant l’abri, en utilisant toujours les systèmes L (Figure 70). Ils copient dans ce cadre la structure proliférante et mouvante des arbres pour donner la possibilité aux plantes forestières de proliférer et de faire évoluer la structure.

Figure 68: Structure générative par rapport a l’environnement proche du pavillons, projet de Créative Architecture Studio (source : https://tlpresearchlab.wordpress.com/2016/02/)

https://tlpresearchlab.wordpress.com/2016/02/

Figure 69: Illustration maquette virtuelle du pavillon abris du projet de Créative Architecture Studio (source : https:// tlpresearchlab.wordpress.com/2016/02/)

Figure 70: Illustration de la structure cellulaire et de la conception du métériaux du projet de Créative Architecture Studio (source : https://tlpresearchlab.wordpress.com/2016/02/)

Partie 3 Biomimétisme et architecture

Chapitre 4 Les L-Systèmes

Dans le même cadre, Philip Rideout, un codeur et architecte, expérimente les capacités des L-système à produire des mobiliers urbains récurrents. Il utilise le code PythonScript pour réaliser ces systèmes. Ceux-ci ne sont techniquement pas de l’architecture à proprement parlé, mais l’expérience donne à réflexion quant à l’optimisation des productions d’appareillages urbains permettant de créer une certaine résilience dans les villes. Ainsi, ces descriptions numériques et les développements en modélisation virtuelle des structures organisatrices et de la généressance du vivant, nous montre un certain potentiel quant à la viabilité de l’architecture biomimétique à plusieurs niveaux.90

Dans ce cadre, ceux-ci donnent un certain sens à l’étude et à l’analyse systémique morphogénétique du milieu dans lequel s’implantent les constructions humaines. Car il va de soi, de tels systèmes et automates ne peuvent être utilisés sans le recours à des données structurales permettant la genèse. À l’image de la nature, une telle architecture peut s’octroyer tous les aspects possibles tant qu’elle garde pleine conscience de l’influence des différentes échelles

Figure 71: Illustration de la structure généré en L-Système de mobilier proliférant (source : http://prideout.net/ blog/?cat=33)

http://prideout.net/blog/?cat=33

Figure 72: Illustration de la structure généré en L-Système de mobilier proliférant (source : http://prideout.net/ blog/?cat=33)

Figure 73: Illustration de la structure généré en L-Système de mobilier proliférant (source : http://prideout.net/ blog/?cat=33)

Partie 3 Biomimétisme et architecture

Chapitre 4 Les L-Systèmes

Cela dit, il est difficile d’imaginer un habitat, un bureau, une salle de sport changeant de structure si l’on ne fait que se reposer sur un mur ou une fenêtre. Oui, car une telle architecture tendrait à évoluer par l’expérience que nous avons de l’espace dans lequel nous nous situons. Il ne faudrait pas que du jour au lendemain, nous voyions pousser des murs dans une grande salle ou des terrasses quand nous regardons à la fenêtre.

De plus, dans une auto-générescence à outrance, nous sommes en droit de nous demander quel phénomène perceptible cela renverrait à la conscience ou au subconscient de chacun. De ce point de vue ci, que devient la place de la réflexion de l’architecte sur sa construction ? Il serait possible d’imaginer une telle chose seulement à partir du moment où la conscience et la psychologie humaine seraient entièrement décryptées. Dans ce cas, l’automatisme d’évolution et d’auto-générence pourrait prendre en compte le facteur psychologique de l’être humain.

Nous pourrions imaginer et débattre beaucoup sur ces questions mais ce n’est pas à l’ordre du jour. Une question se pose pourtant, à quel moment décidons-nous de stopper ou de restreindre cette évolution, cette prolifération, sans perdre la résilience si prometteuse de la nature dans l’architecture et l’urbanisme ? Les réponses se profileront probablement d’elles-même lors des études et des erreurs de futurs architectes de ce siècle.

Partie 3 Biomimétisme et architecture Chapitre 5 Les technologies de l’interactivité

3.5 Quand le virtuel devient physique, Les technologies de l’interactivité Dans ce sens, les notions de virtualisation et de simulation peuvent être un élément de réponse. Comme nous le disions plus tôt, l’informatique a permis de créer une dimension, celle du virtuel, qui ne demande qu’à être paramétrée pour créer. Ainsi tout peut être imaginé même l’inimaginable.

Aujourd’hui, quand nous parlons de virtualisation et simulation, comment ne pas aborder les médias interactifs. Les jeux vidéo, les œuvres contemplatives, les réseaux sociaux, les TIC, tous ces domaines font partie intégrante de notre société et il serait même difficile de nous en passer, tant leur influence affecte le monde aujourd’hui.

Mais que sont ces technologies dites interactives ? L’interactivité, en son sens propre, est l’action d’échange entre deux choses, des êtres ou des systèmes. Cet échange se caractérise surtout quand il y a une rétroaction au partage. Quand celui-ci permet d’élaborer quelque chose, un comportement, un apprentissage, ou même pour la conception d’objets. En revanche, quand l’échange est à sens unique, c’est à dire que l’un des deux partis ne réagit pas à ce que lui donne l’autre, il n’y a pas d’interaction.

Aujourd’hui, l’interactivité est souvent associée aux technologies créant un échange homme / machine. En informatique, l’affichage graphique est de fait interactif car il permet à l’humain de donner des commandes à une machine qui lui restitue quelque chose, que ce soit une information, une visualisation, etc. En exemple, pour les jeux vidéo, l’homme utilise des commandes pour avancer dans le jeu. En sens inverse, la machine renvoie des données graphiques offrant ainsi une expérience sensitive au joueur. L’homme prend alors sentiment de pouvoir exister dans une autre réalité, la dimension numérique, qui lui permet de vivre une aventure qu’il ne vivrait pas dans la réalité physique. Ceci nous renvoie à l’image de la nature théâtralisée dans la pensée d’Aristote expliquée dans le chapitre 1.

Seulement, dans ce cas, l’expérience de l’histoire de la culture occidentale nous amène une autre réflexion 88

La nature utile pour donner sentiment sans désagrément s’est transformée, par les changements de paradigme de la société, en une relation de créativité aujourd’hui. Nous tentons, comme nous avons pu le voir avec le biomimétisme, de naturer nos concepts modernes par elle, créant ainsi non plus une nature uniquement sensitive mais aussi physique.

Actuellement, notamment dans le jeu vidéo, les technologies interactives se développent de plus en plus avec l’arrivée des technologies de la réalité virtuelle ou la réalité augmentée. Ainsi, l’expérience de l’homme dans l’univers virtuel devient plus grande car ces technologies permettent de créer une certaine fusion entre la réalité physique, sensitive et virtuelle. La réalité virtuelle exécute cette prouesse en restituant le physique, par les sens et le mouvement, dans la dimension virtuelle. Et inversement, la réalité augmentée permet de restituer le virtuel dans la dimension physique.

Partie 3 Biomimétisme et architecture Chapitre 5 Les technologies de l’interactivité

Dans ce cas, appliquons-nous à ne pas utiliser ces technologies interactives uniquement comme expériences sensitives mais intégrons-les aussi dans la conceptualisation et l’expérimentation physique. Les capacités que peuvent permettre ces technologies dans la simulation de l’autogénérescence et l’auto-organisation de l’architecture, peuvent donner réponse au problème de restriction de telles conceptions, ainsi qu’une certaine capacité à tester les phénomènes de perception psychologique d’une architecture évolutive.

Matias Del Campo et Sandra Maninger tentent en 2012, dans leur projet expérimental SPAN Recursive Formation, de développer ce potentiel. Pour se faire, ils conçoivent, par le biais d’algorithmes génératifs, un fonctionnement identique aux cellules du vivant. Ils utilisent la capacité d’évolutivité des systèmes d’auto-organisation / générescence et les interrelations à plusieurs niveaux d’échelle, comme dans les Fractals, que possèdent les structures organiques. Ils veulent, non pas imiter les systèmes biologiques, mais expérimenter les capacités des technologies de simulation dans l’évolutivité de l’urbanisme, en prenant en compte une variété de paramètres environnementaux, comme le ferait un être vivant.91

Cela dit, le potentiel des technologies interactives ne réside pas seulement dans la simulation et l’expérimentation. Effectivement, concevoir une architecture vivante évolutive composée de manière vivante, peut avoir des conséquences. Pour réaliser une telle prouesse, il faudrait créer des structures vivantes au niveau cellulaire.

Dans ce cadre, l’expérience des biotechnologies et les destructions que peuvent causer les OGM provenant de cette industrie, pose de lourdes questions. En voulant créer une architecture propre en tout point pour nos besoins sociétaux et environnementaux, nous pourrions arriver à un point inverse du but premier de la philosophie de la méta-écologie, dans laquelle se place le biomimétisme. A l’image des bactéries génétiquement modifiées de la firme « the Living », nous pourrions, en créant des structures vivantes,en venir à détruire certaines espèces et à déstructurer la stabilité de l’écosystème comme nous le faisons trop.

91 Dossier Pédagogique n°13 , 9e ARCHILAB, Naturalisé l’architecture, p9, Les turbulences FRAC CENTRE, 2013-2014

En ce sens, deux orientations semblent être potentiellement viables. Le biosynthétisme qui ne vise pas directement à créer des structures vivantes, mais à copier la façon dont les organismes vivants produisent de la matière, à l’aide de protéines, d’eau et d’oxygène. Et la bionique, non pas la bionique formelle, mais celle qui copie l’adaptabilité du vivant pour la retranscrire en matériaux inertes. C’est par ces deux approches que la conception d’une architecture vivante prend sens.

Figure 74: Illustration du programme de simulation SPAN de Rescursive Barcelona (source : http://www.360doc.com/ content/16/0622/12/29657546_569770416.shtml)

Partie 3 Biomimétisme et architecture Chapitre 5 Les technologies de l’interactivité

François Roche92, un architecte français, expérimente la capacité de la matière inerte à devenir évolutive. Dans son projet pour le concours du Frac Centre, « R&Sie » (Figure 75), il conçoit, avec l’artiste Pierre Huygue, une structure évolutive composée de tubes de verre. Ceux-ci sont alors placés sur les façades d’un bâtiment ancien, l’objet du concours étant sa rénovation, créant ainsi des cavités, des interstices, des ouvertures, des passages (Figure 76). L’évolutivité du projet se construit grâce à un bras robot mobile (Figure 77) qui vient déplacer les tubes de verre en fonction du besoin de leur existence, tout comme le fonctionnement du jeu de la vie avec les automates cellulaires93.

A l’instar du projet « HyperCell » du Spyropoulos Design Lab abordé précédemment (Chapitre 3, partie 3, Page 72-73), François Roche intègre la problématique de la restriction de l’évolutivité. Pour ce faire, il prévoit le chantier que mènera le bras robot sur 10 ans, décidant ainsi d’une fin à cette évolution perpétuelle de la structure. Là où cette approche est vraiment intéressante, ce n’est pas tant dans la finalisation de la structure, mais dans la capacité de la changer encore et encore ; car nous pourrions très bien imaginer relancer l’évolutivité de la structure avec l’arrivée de nouveaux besoins, qui seraient ajoutés à l’algorithme générant l’existence de tel ou tel tube de verre. Nous découvrons donc dans ce projet des potentiels grandement intéressants pour la réalisation d’une architecture vivante.

Les technologies de l’interactivité pourraient aussi permettre d’atteindre un tel stade. Si nous proposions des solutions énergétiquement et environnementalement correctes, le développement de l’interactivité du physique serait florissant. Il donnerait la capacité à une structure à la fois d’évoluer, d’être fixe et de se structurer de nouveau. De plus, avec l’apport de matériaux bio-synthétisés, ces fonctionnements interactifs, construits par la bionique et élaborés au niveau de l’urbanisme avec l’écomimétisme, créeraient un réel impact environnemental et sociétal.

En revanche, cette solution ne pourra offrir une réelle résilience qu’à partir du moment où toutes les échelles structurant notre société moderne prendraient en compte ces concepts. Que ce soit dans la structuration des villes, dans l’élaboration de l’architecture ou même dans l’efficience des mœurs de la société.

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https://www.new-territories.com/ http://www.frac-centre.fr/collection-art-architecture/r-sie/olzweg-64.html?authID=157&ensembleID=629

Figure 75: Illustration du Projet R&Sie pour le Frac d’Orléans de François Roche et Pierre Huygue (source : https:// www.new-territories.com/welostit.htm)

Figure 76: Illustration des Façades évolutives en tube de verre du Projet R&Sie pour le Frac d’Orléans de François Roche et Pierre Huygue (source : https://www.new-territories.com/welostit.htm)

Figure 77: Illustration du Bras robotique mobile du Projet R&Sie pour le Frac d’Orléans de François Roche et Pierre Huygue (source : https://www.new-territories.com/welostit.htm)

4 Expérimentations et tentatives d’applications Nous avons donc pu observer, au cours des chapitre précédents, le potentiel que peut posséder le biomimétisme dans l’élaboration d’une architecture vivante. Au cours des études menées pour déterminer si oui ou non, il existe un quelconque avenir dans une approche naturelle de l’architecture, j’ai pu effectué en parallèle quelques expérimentations. Aussi, cette partie sera dédiée à l’explication de ces expériences menées au sein du FabLab.

Partie 4 Expérimentation et tentative d’application

Chapitre 1 Expériementation 1, Effet Bilame

4.1 Expérimentation 1, Le pavillon Hygroskin et l’effet Bilame Dans un premier temps, j’ai pu étudier des systèmes techniques évolutifs en fonction des changements atmosphériques et n’utilisant pas d’énergie. C’est au cours de mon séminaire que j’ai tenté, à titre d’expérience, de recréer avec le plugin « grasshopper », dans le logiciel Rhinoceros-3D, le pavillon hygroskin (Figure 78) de Archi-Menges et de l’université de Stuttgart au Frac d’Orléans. L’intérêt de ce pavillon est l’utilisation astucieuse de l’effet « Bilame » au travers de fines plaques de bois constituant des ouvertures (Figure 79). Ces ouvertures, grâce à cet effet, s’ouvrent ou se ferment en fonction de l’hydrométrie ambiante. Il s’agit du même principe que la pomme de pin qui s’ouvre et se referme en fonction de l’humidité ambiante (Figure 80).94

http://www.frac-centre.fr/collection-art-architecture/menges-achim/hygroskin-meteorosensitive-pavilion-64. html?authID=361&ensembleID=1206

Figure 78: Photo Pavillon Hygroskin au Stadtgarten à Stuttgart, Archi-menges, Collection FRAC d’Orléans, FRANCE, 2011-2012

Figure 79: Photo Ouverture à effet Bilame ouvertes et fermées, Pavillon Hygroskin, Archi-menges, Collection FRAC d’Orléans, FRANCE, 2011-2012

Figure 80: Photo Ouverture à effet Bilame principe de la pomme de pin et expérience, Pavillon Hygroskin, Archimenges, Collection FRAC d’Orléans, FRANCE, 2011-2012

Partie 4 Expérimentation et tentative d’application

Chapitre 1 Expériementation 1, Effet Bilame

L’effet bilame est une réaction mécanique au niveau des microsystèmes de la matière. Il fut découvert au XVIIIe siècle par l’horloger John Harrison. Au début, il fut utilisé principalement dans les thermomètres et les thermostats et fonctionne sur le principe de dilatation de la matière. L’effet bilame utilisé à l’époque fonctionnait à l’aide d’un alliage de deux métaux différents, en général de l’invar et du nickel, se dilatant à des températures différentes. Ces différences de dilatation entraînent alors, lors de la dilatation du premier des deux métaux, un mouvement de rotation ou de recroquevillement.95

Schémas de principe de l’effet Bilame, conception personnelle 95

De la production des chronomètres de marine au XVIIIème siècle, 2013, sur le site http://www.horlogerie-suisse.com/horlomag/jsh-histoire/0038/john-arnold

Portrait de John Harrison, (source: De la production des chronomètres de marine au XVIIIème siècle, 2013, sur le site http://www.horlogerie-suisse.com/horlomag/jsh-histoire/0038/john-arnold)

Pièce d’horlogerie avec effet bilame de John Harrison (source: De la production des chronomètres de marine au XVIIIème siècle, 2013, sur le site http://www.horlogerie-suisse.com/horlomag/jsh-histoire/0038/john-arnold)

Partie 4 Expérimentation et tentative d’application

Chapitre 1 Expériementation 1, Effet Bilame

Développement et construction paramétrique Cronstruction du pavillon hygroskin sur grasshopper première phase Façade

Essai 1 Nous allons tenter ici de reconstruire dans le premier essai la morphologie du pavillon hygroskin en paramètrique avec l’outil de rhino 3d, grasshopper.

Pour commencer, nous allons analysé globalement la morphologie du pavillon. Il s’agit donc la d’une structure rectangulaire basic sur la quelle il possible d’implanté un Voronoi96 sur chaque face. Nous pouvons déterminer à l’oeil nu, des points principaux permettant de composer le Voronoi, se situant au centre des ouvertures qui sont elles de forme circulaire. Nous allon débuter la construction en modélisation paramétrique par la forme basique. De ce faite nous allons commencer par créer un rectangle dans le logiciel de modélisation Rhino, dont nous allons diviser les côtés et les intégrer un par un dans Grasshopper par le biais de la cellule97 curve98. En suite nous montons les côtés du rectangle un par un de manière à obtenir chaque face séparée, avec la cellule Extrud99. L’extrusion est définit par une dimension dans grasshopper nomée par les cellules unit100 avec la correspondance de la dimension souhaité (x,y,z), ici nous utiliserons donc unitz101. 96

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Voronoi : En mathématiques, un diagramme de Voronoï est un découpage du plan (pavage) en cellules à partir d’un ensemble discret de points appelés « germes ». Chaque cellule enferme un seul germe, et forme l’ensemble des points du plan plus proches de ce germe que de tous les autres. La cellule représente en quelque sorte la « zone d’influence » du germe. (source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Diagramme_de_Vorono%C3%AF) Cellule : Dans Grasshopper la médolisation paramétrique ce fait par le biais d’un algoritme génératif. Pour concevoir celui ci le Plug-in met a disposition des petites boite d’outils possèdant la partie d’un code, d’une fonction mathématique, ou même d’un morceaux d’algoritme. Ces boite d’outils nous les appelerons ici des cellules. (Définition personnelle propre à ce mémoire et provenant de l’expérience d’utilisation des logiciels) Cellule Curve : La cellule Curve définit une boite d’outils composant des Datas-donnée faisant référence exclusivement a des courbes. Dans grasshopper une curve ou en français un courbe, est la dénomination générale de tout élément représentant une ligne dans l’espace. Il peut s’agire d’un seguement, d’une polyligne (ligne composé de plusieurs ligne), ou d’une spline, en revanche les boites d’outils referensant spécifiquement un type de ligne ne peut pas recevoir les informations référensant un autres types de ligne que celui demandé. (Définition personnelle propre à ce mémoire et provenant de l’expérience d’utilisation des logiciels) Cellule Extrud : La cellule extrude définit une action dans Grasshopper d’extrusion, cet à dire de développement d’un éléments géomitrique dans l’espace.Par exemple sur surface ou une courbe. Elle est définit par une direction spacial dans laquelle effectuer l’action (x,y ou z) puis par une valeur d’action dans la direction spacial souhaité. (Définition personnelle propre à ce mémoire et provenant de l’expérience d’utilisation des logiciels) Cellules Unit : Dans Grasshopper une direction spacial est définit par ce que l’on nome une unité spacial. Les cellule de catégorie Unit définissent cette direction spacial. Elle est de faite un vecteur de direction qui servira a délimité une sens a une action souhaitée.De ce faite il existe un nombre incalcuable de vecteur mais grasshopper met a disposition pour créer des vercteur selon des direction précise, c’est le cas du groupement de cellule Unit. (Définition personnelle propre à ce mémoire et provenant de l’expérience d’utilisation des logiciels) Cellule UnitZ : la cellule UnitZ fait partie de du groupe de cellule Unit, elle cathégorise une direction spacial dans la dimension Z de l’espace virtuelle. La dimension Z est la dimention verticale des coordonnées spaciale

De plus pour controler la taille de l’extrusion il faut ajouter une valeur a l’axe Z, dans grasshopper on détermine une valeur avec l’outil slider qu’il faudrat ici connecter à la cellule unitz. Et de ce faite la hauteur du pavillon est totalement modifiable peu importe les circonstances.

Algorthime Grasshopper de la struture du pavillon, conception personnel avec Megan Lizaraga, séminaire Expérimentation Morphologique et Structurel , 2015

Image du pavillon obtenue après Essaie n°1, conception personnel avec Megan Lizaraga, séminaire Expérimentation Morphologique et Structurel , 2015

de l’espace virtuelle. Ainsi nous pouvons retrouver dans la même cathégorie les cellule UnitX et UnitY.

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Partie 4 Expérimentation et tentative d’application

Chapitre 1 Expériementation 1, Effet Bilame

Essai 2

Sur Grasshopper, il y a 5 groupes principaux qui contrôlent, une à une chaque face. Nous plaçons la cellule populate 2d sur chaqu’une des 5 faces et utilisons Voronoi sur les point générés pour créer des formes sépararées composant l’ensemble du pavillon.

Les points générant ainsi chaque forme Voronoi représantent les “axes” ou points les plus profonds dans chaque Voronoi. À ces points là, nous créons un trous qui servira à ressevoir les ouvertures à effet Bilame.

Problème du modele: L’essaie numéro 2 a permis d’améliorer les positions et la continuité des surfaces, de créer les percements dédiés aux ouvertures à effet bilame. Seulement certains problèmes apparaissent, notement et surtout aux niveaux de la continuité entre les voronois de chaque face.

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Algorthime Grasshopper de la struture du pavillon, Essaie n°2, conception personnel avec Megan Lizaraga, séminaire Expérimentation Morphologique et Structurel , 2015

Image du pavillon obtenue après Essaie n°2, conception personnel avec Megan Lizaraga, séminaire Expérimentation Morphologique et Structurel , 2015

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Partie 4 Expérimentation et tentative d’application

Chapitre 1 Expériementation 1, Effet Bilame

Essaie 3

Nous allons tenter de résoudre dans cette essai les probèmes de continuité entre les Voronois. Pour ce faire nous allons utiliser ici un Voronois 3D plutôt que 2d qui s’aplique sur une face.

Problème: Le Voronoi a permis de garder la continuité entre chaque face. Seulement celui-ci cré des droites résiduelles incontrôlées.

Algorthime Grasshopper de la struture du pavillon, Essaie n°3, conception personnel avec Megan Lizaraga, séminaire Expérimentation Morphologique et Structurel , 2015

Image du pavillon obtenue après Essaie n°3, conception personnel avec Megan Lizaraga, séminaire Expérimentation Morphologique et Structurel , 2015

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Ouverture a effet Bilame

En plus des façades, nous faisons une ouverture comme sur le pavillon Hygroskin applicable sur chaque face du modèle conçu plus tôt. Pour cela nous créont une «pétale» par un triangle simple. Nous avons utilisé, ensuite, «bend» le long d’un arc. Nous avons connecté un «slider» pour changer le facteur de coubure du pétale, celui ci correspond ainsi à la valeur hygrométrique de l’environnement. La courbure de l’effet bilame est ici matérialisé par une fonction π (3,14159...). En suite, nous avons utilisé «array curve» autour d’un petit cercle pour créer une petite ouverture qui peut s’ouvrir ou se fermer comme la pomme de pin. Enfin nous avons appliqué une fonction «mirror» autour de chaque pétale pour faire une collection d’overtures à l’image du pavillon Hygroskin.

Nous utilisons rotate 3d autour des axes correspondant aux centre de chacune des ouverture pour multiplier la collection et faire en sorte que chacune des ouvertures ai sa propre orentation. Ensuite, nous utilisons move pour mettre les overtures sur les cercles que nous avons créé précédement dans les parois du pavillon au centre de chacune des plaques Voronios.

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Partie 4 Expérimentation et tentative d’application

Chapitre 2 Expériementation 2, Pinecone pavillon

4.2 Expériementation 2, le Pinecone pavillon En étudiant le fonctionnement de cet effet dans le pavillon Hygroskin, nous avons tenté de développer un autre pavillon, configuré en fonction de l’orientation du soleil grâce à un jeu de volets, en utilisant le logiciel Grasshopper. Ainsi le pavillon conçu avec Megane Lizaraga, arbore une apparence de pomme de pain. Celui-ci est conçu comme une coque composée de différents éléments qui morphologiquement se distinguent les uns des autres. Chacun de ces éléments, ou composants, suivent donc une orientation structurelle selon le principe de la pomme de pain, à savoir une base et un sommet.

Lors de la conception du pavillon, nous avons décidé de créer une large ouverture sur la base. À l’autre extrémité, nous avons orienté les ouvertures et chacun des éléments vers le sommet. De ce fait, à l’intérieur du pavillon, les visiteurs vivent un phénomène «d’attirance ciblée», ou du moins telle était l’intention première. De cette manière, le pavillon répond à une attente sociologique, ou disons plutôt à un intérêt tout autre que sa première fonction, celle d’abriter. Pour ce faire, le pavillon se construit selon un axe déterminant l’orientation de son entrée et de sa pointe. En le construisant ainsi nous pouvons créer un pavillon différent en fonction du lieu dans lequel il est implanté.

La volonté première fut de travailler sur l’évolution d’un éléments par rapport au soleil. L’hygroskin de Archi-menges s’intéresse au mouvement des ouvertures évolutives par rapport au changement d’hygrométrie changeant en fonction des besoin lumineux du soleil. Ici la différence est que, avec le Pinecone pavillon, nous nous sommes intéressés au changement morphologique de la structure générale par rapport à l’orientation géographique du soleil.

Ainsi le pavillon se dote, en plus de l’axe d’orientation structurel, d’un second moyen de faire varier sa structure. Par un jeu de volets fixés sur les ouvertures, le pavillon répond au besoin d’ensoleillement géographique, de la même manière que l’effet d’héliotropisme102 que l’on retrouve chez certains êtres vivants. Ainsi, le pavillon peut donc s’occulter du soleil entièrement ou partiellement selon certaines heures de la journée. Cette étude fut pour moi très intéressante pour comprendre le potentiel d’évolutivité de la conception que permettent les outils paramétriques.

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Héliotropisme : est, en botanique, un mouvement diurne d’une partie de la plante (fleur, feuille, tige) en réponse au changement de direction du soleil. ( Définition : https://fr.wikipedia.org/wiki/H%C3%A9liotropisme )

Schémas: conception structurel étapes par étape du Pinecone pavillon, conception personnelle avec Megane Lizaraga, 2015

A gauche: Axono-éclatée de la structure complète du Pinecone pavillon, à droite en haut : perspective morphologique du Pinecone pavillon, à droite bas : schémas de principe de l’orientation des ouvertures et des volets, conception personnelle avec Megane Lizaraga, décembre 2015

A guauche: Perspective d’insertion du Pinecone pavillon sur la place de l’Hotêl de Ville à Paris, à droite: perspective d’insertion du Pinecone pavillon à Alamo Square à San Francisco. Conception personnelle avec Megan Lizaraga, décembre 2015

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Partie 4 Expérimentation et tentative d’application

Chapitre 3 Expériementation 3, Diaphragme Bilame

4.3 Expériementation 3, Diaphragme à effet bilame En plus de cette conception, je me suis fortement intéressé à l’effet bilame utilisé dans le pavillon hygroskin. Dans celui-ci, la réaction à l’hygrométrie ambiante posait un problème à mon sens. Elle ne répondait pas totalement au changement de température. De ce point de vue, imaginons que l’hygrométrie ambiante soit très faible, nous sommes en pleine hiver et le ciel est complètement dégagé. Dans le principe, il est intéressant de récupérer les apports solaires pour réchauffer un intérieur. Mais si l’effet bilame fonctionne sur le même principe que la pomme de pain, alors les ouvertures se ferment car l’humidité ambiante est faible ce qui fermera l’ouverture empéchant le soleil de pénétrer l’espace et le réchauffer.

Pour répondre à ce problème, j’ai tenté de concevoir un diaphragme évolutif en fonction non pas de l’hygrométrie ambiante mais de la température. A ce principe, en théorie, les ouvertures conçus s’ouvrirait par rapport au besoin d’un espace en treme d’apport solaire. Par exemple les diaphrames s’ouvre si la température est basse et se ferme si la température est haute. Ainsi en hiver la ou la température est la plus basse les ouverture s’ouvre pour permettre au soleil de rentrer dans un espace et lui apporter une certaine valeur calorifique. Aussi elle permet un meilleurs apport de lumière naturel en hiver quand les rayons du soleil on la plus faible intensité lumineuse, donnant une certain qualité à l’espace. Puis en exacte opposé le diaphragme se ferme en été pour limité les apport de chaleur et de lumière quand les rayons sont trop important.

En utilisant l’effet bilame à l’aide du même ressort que nous pouvons trouver dans les thermostats, un mécanisme ouvre le diaphragme. Bien sûr ceci n’est qu’une supposition, et ce principe est encore à l’étude aujourd’hui. Bien qu’ayant modélisé le diaphragme dans Grasshopper et le mécanisme de fonctionnement, il manque encore le codage de la réaction bilame dans l’outil numérique pour simuler la potentielle réaction du diaphragme. De plus, celui-ci demandera aussi beaucoup d’autres expérimentations en condition réelle.

Ce projet n’est pas directement liée à une conception bioinspirer. Effectivement il ne s’inspire pas d’un éléments naturel, mais ils tentent dans un certain sens de s’inspirer de la capacitée d’évolutivité du vivant.

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Partie 4 Expérimentation et tentative d’application

Chapitre 4 Expériementation 4, Carbone et Robot

4.4 Expériemention 4, Fibre de carbone et Robotique J’ai eu aussi l’occasion d’expérimenter la capacité des robots à construire des structures. Dans grasshopper, avec mon binôme Junhao SHI, nous avons tenté de construire une structure de la même manière que l’ITKE de Stuttgart avec ses pavillons de recherche inspirés des cocons d’araignée103. Ici, le robot que nous avons paramétré tisse une structure en fibre de carbone sur une coque en ETFE104 gonflé. L’avantage de la fibre de carbone réside d’abord dans le rapport résistance-poids élevé qui offre de plus faibles coûts de transports et d’installation par rapport à des matériaux comme l’acier ou le béton. La fibre de carbone est résistante et légère et elle fournit un meilleur rendement hydraulique que l’acier, la fonte ductile et le béton, ce qui réduit considérablement les coûts d’exploitation. Sa durabilité accrue prolonge le cycle de vie du système significativement au-delà de ce qui est offert par d’autres matériaux alternatifs. La fibre de carbone est économique et écologique. Elle peut aussi accueillir une variété d’options de montage et de configurations complexes en raison de sa polyvalence, sa capacité à résister aux hautes pressions, températures et charges ainsi qu’à ses paramètres de résistance chimique intenses. La fibre de carbone est utilisée dans une multitude d’applications. Enfin, elle offre une excellente résistance contre les environnements corrosifs, y compris les sols, l’eau salée, les applications H2S105 et chimiques. La fibre de carbone dure plus longtemps.106

La partie vraiment intéressante est l’intégration du bras robotique, non seulement dans le processus de fabrication, mais aussi parce qu’il fait partie intégrante du projet et de son identité. Le bras robotique travaille en rétroaction avec la structure qu’il est en train de tisser. Il corrige ses trajectoires selon la déformation structurelle de la partie déjà tissée. La structure comporte plusieurs couches de fibres, pour combiner une structure principale et une structure secondaire. Ce type de structure est très intéressant par sa légèreté et aussi l’expression de la forme qu’il peut donner. Nous pouvons très bien imaginer sur une place publique, cette forme de structure venant renforcer physiquement un lieu où il y a de la pratique sociale, cette structure étant évolutive selon la temporalité et la saisonnalité du lieu grâce à un bras robotique. 103 104

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http://icd.uni-stuttgart.de/?p=12965 ETFE : L’éthylène tétrafluoroéthylène, plus couramment connu sous son abréviation ETFE, est un fluoropolymère thermoplastique. C’est un copolymère alterné éthylène/tétrafluoroéthylène, développé dans les années 1940. Ce matériau semi-cristallin est utilisé comme alternative au verre. (source: https://fr.wikipedia.org/) H2S : Le sulfure d’hydrogène, ou hydrogène sulfuré, est un composé chimique de formule H2S, constitué de soufre et d’hydrogène. C’est un gaz inflammable, incolore, à l’odeur nauséabonde d’œuf pourri, très toxique, faiblement soluble dans l’eau en donnant un acide faible, l’acide sulfhydrique. Il réagit avec les solutions aqueuses basiques et les métaux tels que l’argent ou l’acier, même inoxydable.(source: https://fr.wikipedia.org/) https://fr.wikipedia.org/wiki/Fibre_de_carbone

A guauche: Photo du tissage de l’areignée dans une goute d’eau, au centre et à droite: photo de la réalisation de la structure de l’ITKE à l’Université de Stuttgart, IDC/ITKE Research Pavillon 2014-2015, source : http://www.itke.unistuttgart.de/entwicklung.php?id=69#projekt_bilder

A gauche: Schémas structurel de la coque en ETFE gonflé, à droite : schémas structurel du tissage avec fibre de carbone, IDC/ITKE Research Pavillon 2014-2015, source : http://www.itke.uni-stuttgart.de/entwicklung.php?id=69#projekt_bilder

Schémas d’élaboration du tissage en Fibre de carbone, IDC/ITKE Research Pavillon 2014-2015, source : http://www. itke.uni-stuttgart.de/entwicklung.php?id=69#projekt_bilder

Schémas de construction du tissage en Fibre de carbone, IDC/ITKE Research Pavillon 2014-2015, source : http://www. itke.uni-stuttgart.de/entwicklung.php?id=69#projekt_bilder

Schémas de conception spacial du research pavillon, IDC/ITKE Research Pavillon 2014-2015, source : http://www.itke. uni-stuttgart.de/entwicklung.php?id=69#projekt_bilder

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Partie 4 Expérimentation et tentative d’application

Chapitre 4 Expériementation 4, Carbone et Robot

Nous avons essayé de reproduire ce processus dans son intégralité avec utilisation d’un bras robotique sur les trajectoires de la toile. Pour ce faire, nous avons tout d’abord commencé par élaborer une coque structurelle tendue s’approchant d’une structure gonflée grâce à l’outil «Kangaroo»107 sur le plugin «Grasshopper». Celui-ci nous a permis de générer une coque avec des simulations physiques de tension.

Une fois la structure primaire générée, nous avons conçu, à l’aide de nos moyens et dans le temps qui nous était imparti, un tissage structurel optimisé par rapport à la forme de la coque. Ce tissage suit le même principe que nous avons pu analyser dans le Pavillon de l’ITKE. C’est-à-dire qu’il se compose de fibres principales, servant d’infrastructure porteuse, puis de fibres secondaires, servant de structure de répartition de charge.

Une fois la structure et le tissage terminés, nous avons utilisé le plugin « Robots.IO »108, pour paramètrer un bras robotisé en suivant le tracé du tissage que nous avions préalablement construit sur la coque principale. Pour ce faire, il nous a fallu organiser le tissage tracé par tracé. Effectivement, s’il y a un tissage structurel plus important qu’un autre, comme le tissage principal énoncé précédemment, le robot doit réaliser plusieurs passages sur ce tracé, contrairement au second tissage pour lequel il ne réalisera qu’un seul passage. De plus, il a fallu organiser les tracés afin que le robot puisse réaliser des mouvements en continu, la fibre de carbone devant être déposée en une fois d’un bout à l’autre de la structure pour maximiser sa capacité structurelle.

Cependant, quelques problèmes persistent dans notre modèle. Certaines fibres de carbone se retrouvent non directement dirigées au sol, ce qui crée une structure en compression non complète, comparé à ce qui était initialement prévu. Mais au delà de ces quelques problèmes de conception, cette expérience nous a permit d’apprendre à utiliser des robots dans la conception de structures, et leur paramétrage pour réaliser une structure évolutive, à l’image de ce qu’a pu réaliser François Roche dans son projet R&Sie au Frac.

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Kangaroo : est, un plugin de grasshopper de morphologie structurel utile pour générer et simuler des structure optimisé et tendue en compression pure ( Définition : http://www.grasshopper3d.com/group/kangaroo ) Robots.IO : est un plug in de paramétrage de bras Robots, possèdant une large bibliothèque de models de bras Robots ( Définition : http://www.food4rhino.com/app/io)

Schémas de génération de coque avec le plug in «Kangaroo», conception personnelle avec Junhao SHI, FabLab ENSAPVS, 2016

Algorithme de génération de coque avec le plug in «Kangaroo»,conception personnelle avec Junhao SHI, FabLab ENSAPVS, 2016

A gauche : schémas de structure tissée principale, au centre : schémas de structure tissée secondaire, à droite : Schémas d’organisation des vecteur de mouvement du bras robots pour construire le tissage ,conception personnelle avec Junhao SHI, FabLab ENSAPVS, 2016

A gauche : Algorithme du tissage en fibre de carbone par bras robot, à droite Structure finale avec bras Robot en action, conception personnelle avec Junhao SHI, FabLab ENSAPVS, 2016

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Partie 4 Expérimentation et tentative d’application

Chapitre 5 Application, Projet Tanhualin

4.5 Application, Projet Tanhualin Au fil de toutes ces expérimentations, j’ai pu entrevoir un panel d’outils qui ont inspiré le développement de mon projet de diplôme, tout comme mes recherches sur le biomimétisme. C’est en Chine, que nous tentons de réaliser un projet sur lequel nous pourrions appliquer ces recherches. A Wuhan, la capitale de la province du Hubei, se situe un quartier très particulier, le quartier de Tanhualin car il est le dernier bastion renfermant les magnifiques vestiges de la ville ancienne.

Scindée en deux, entre histoire et modernité, la ville fut le théâtre des premières révolutions au début du XXe siècle qui conduisairent à la fin de l’Empire du Milieu. Forte de l’influence de ce soulèvement, Wuhan semble s’être attachée à la révolution culturelle qui bouleversa la chine au milieu du XXe siècle. Aujourd’hui dans la ville moderne, il ne subsiste quasiment aucune trace de son histoire, réduite au silence à coup d’investissements faramineux et de buildings hors d’échelle. Seules quelques zones semblent avoir pu traverser le temps. Tanhualin, un quartier populaire du centre de Wuhan, fait office de dernier lieu réellement historique tant par sa disposition que par ses habitants qui pour certains vivent en ces lieux depuis presque un siècle ; et encore, il ne s’agit que de certaines zones. A l’heure actuelle, la ville, soucieuse de développer son attrait touristique, tente de redynamiser ce quartier. Une rue, restaurée en partie, fait office de zone de tourisme culturel. De plus, un projet vise à restructurer le quartier en l’ouvrant et en traçant de nouvelles rues plus aptes à offrir un circuit touristique.

L’enjeu principal de ce site est l’ouverture du vieux quartier, lieu vernaculaire auto-généré par ses habitants au fil du temps, avec ses rues discontinues et étriquées, sans réelles limites entre elles et circulation privée, donnant un manque de lisibilité dans son réseau. Cependant au vu de la porosité du tissu, due au grand nombre de rues, il semble discutable, à nos yeux, d’ouvrir un lieu déjà si ouvert. De ce fait, la question de la confrontation entre les tissus urbains se pose indéniablement car celui des années 60-70, fermé, et non contiguë au milieu dans lequel il s’implante, semble être au cœur du sujet. Aussi, son hyper-signifiance en tant qu’unités d’habitations ouvrières, crée conflit social et sociétal étant donné la disparition des usines fournissant emplois et rythme de vie.

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A gauche : Carte de la Chine répertoriant la provience du Hubei, à droite Carte de la province du Hubei répertoriant la vile de Wuhan, conception personnelle avec Junhao, projet de fin d’étude, 2016

A gauche : Carte de la de Wuhan répertoriant le centre urbain, au centre : Carte du centre urbain de la ville Wuhan répertoriant le quartier de Tanhualin, à droite : Carte du quartier de Tanhualin répertoriant le site du Projet conception personnelle avec Junhao, projet de fin d’étude, 2016

Plan de masse du site du projet à Tanhualin, conception personnelle avec Junhao, projet de fin d’étude, 2017

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Partie 4 Expérimentation et tentative d’application

Chapitre 5 Application, Projet Tanhualin

Au centre de cette confrontation multi-générationnelle de l’habitat et du milieu social, le renouvellement et la restructuration complète de ces deux milieux est le point essentiel qui permettra de redynamiser et de rendre sa place à ce quartier longtemps oublié, le vieux Tanhaulin.

C’est donc, dans la continuité des projets de la ville de Wuhan, qui vise à se réaffirmer en tant que ville économique et historique au sein d’une Chine en perpétuel bouleversement, que se place notre projet. Commandité par la municipalité, c’est un projet à la fois de restructuration urbaine et de réhabilitation architecturale. Dans une optique de ville écologique, économique et résiliente, il faut agir par une action locale dans une pensée globale tendant vers un pilier novateur prêt à subir les bouleversements futurs.

C’est dans ce contexte, qu’avec mon binôme Junhao Shi, nous travaillons sur le potentiel de ce quartier qui doit s’affirmer comme point clé de la ville de Wuhan, tel qu’il l’était à l’époque de l’ancienne cité.

Pour ce faire, nous tentons d’analyser ce qui aujourd’hui structure ce quartier. Par le biais de nos perceptions sensitives sur place, nous essayons de comprendre quel phénomène crée des affordances positives ou négatives.

Là où nous nous sommes sentis oppressés et là où nous nous sommes sentis sereins sont les bases de notre relevé de données. Nous voulons comprendre ce qui crée la force et les faiblesses des lieux dans le but de restructurer de manière ponctuelle le quartier et de créer une certaine résilience propice à la pérennité des lieux chargés d’histoire. Pour y parvenir, nous désirons appliquer, d’une certaine manière, ce que nous avons pu voir lors de nos recherches et expérimentations, Junhao par le biais des technologies de l’information et de la communication, moi par les principes structurant le vivant. Il ne serait pas possible de concevoir une soutenabilité dans ce projet sans l’apport de tous les champs composant le territoire, qu’ils soient naturel, sociologique, technologique ou même informationnel.

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Etude de la ville acienne et nouvelle, à gauche : structure des voies de ciculations du site durant la dynastie Qing, à droite : structure des voies de circulations actuelle avec la repérage des voie anciennes en rouge, conception personnelle avec Junhao, projet de fin d’étude, 2017

Plan d’étude des capacité de connectivité urbaine, en rouge zone urbaine clause créant discontinuité dans le milieux urbain au sein du site , pointillé rouge : limite urbaine d’accèssibilité urbaine ( mur, grillage, zone privatisé), pointillé vert: limite naturelle d’accéssibilité urbaine ( végétation, topographie, etc), ligne noir: représenation des voiries principale potentiel pouvant restructurer la continuité du site conception personnelle avec Junhao, projet de fin d’étude, 2016

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Pour ce Faire nous avons du commencé par reconstituer le site en maquette (Figure 81) virtuelle afin de reconstituer les circonstance physique de la formation de ce lieux ainsi que son état actuelle. De cette manière nous avons retracer les bâtiment, les voies, (Figure 82) allant jusqu’a tenté de reconstruire dans la dimension virtuelle les composant architecturaux des lieux (Figure 83).

Tout ces modélisation préparatoire nous on permis par la suite de pouvoir dévellopper des hypothèse quand à la formation du territoire urbain et de ses construction vernaculaire, constituer sans plan directeur.

Figure 81 : Maquette virtuelle du site du projet de Tanhualin à Wuhan, conception personnelle avec Junhao, projet de fin d’étude, 2017

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Figure 82 : Maquette virtuelle du site du projet de Tanhualin à Wuhan, conception personnelle avec Junhao, projet de fin d’étude, 2017

Figure 83 :Modélisation et analyse de place et espace de connectivité de la ville, conception personnelle avec Junhao, projet de fin d’étude, 2017

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Partie 4 Expérimentation et tentative d’application

Chapitre 5 Application, Projet Tanhualin

Ainsi, nous avons commencé au cours de ce premier semestre l’étude de ce lieu. En concevant des outils d’analyse et en étudiant la structure génétique des réseaux de déplacement, nous avons tenté de comprendre ce qu’est ce territoire. Pour moi, ce projet est d’autant plus intéressant car la partie historique de la ville est auto-générée.

Bien que de construction humaine, celle-ci n’en est pas moins naturelle car elle est le résultat de l’auto-organisation de la nature. Car il ne faudrait pas oublier que malgré toute notre modernité, nous n’en restons pas moins des créations de la nature, et sommes même capable inconsciemment de construire comme la nature.

Dans ce postulat, nous avons donc cherché à déterminer une structure organisatrice à la vieille ville, car bien que réalisée de manière aléatoire, celle-ci possède des qualités phénoménologiques et spatiales indéniables. Dans ce sens, nous avons mis au point un système bâti sur les réseaux de mouvement, partant des espaces les plus connectés au reste de la ville, pour aller aux espaces les plus connectés aux habitations.

De cette recherche, nous avons pu établir plusieurs structures que nous nous plaisons à nommer « les structures génétiques de la ville » pour permettre leurs comparaisons. Ces structure nous permettent ainsi de comprendre comment l’organisation architectural et urbain peu impacter la connectivité de la ville. Ainsi comme nous pouvons l’observer sur les figure Figure 84 et 85 les structure urbaine bien que très étriqué dans leurs infinis dédale de rue étroite et labyrintique, sont hyper-connecté et permettent un déplacement continue et un partage sociale certain. Inversement la structure des bâtiment des années 70 fonctionne de manière très simple et efficace avec de grand espace de déplacement, mais sa structure linaire ordonnée en ordre d’importance de l’espace publique, cré discontinuité dans le milieux urbain. Cette discontinuité renvois l’image d’un espace publique uniquement utile pour les déplacement et non plus aussi une zone de rencontre de d’échange sociale.

Ainsi ces structure nous éclaire sur unepotentiel hypothèse de ce qui peut créer cette cisure dans le milieux urbain du quartier de Tanhualin.

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A gauche : Figure 84 :Structure génétiques des zones possèdant des habitat multigénérationnel vernaculaire, A droite: Figure 85 :Structure génétiques des zones de grand essemble des années 70, conception personnelle avec Junhao, projet de fin d’étude, 2017

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Conclusion

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Nous arrivons ainsi au terme de ce mémoire qui, bien que reprenant un sujet très en vogue aujourd’hui, nous montre que les changements surviennent en permanence et à tous les niveaux. Nous avons pu dégager ce qu’était le biomimétisme aujourd’hui, bien que celui-ci ne soit toujours pas un terme réellement établi. Malgré tout, nous avons tenté de le comprendre par ce qu’il représente en tant que notion. Ainsi, il définit le fait d’imiter la nature pour conceptualiser quelque chose. Et comme nous l’avons vu, les éléments et les êtres de la nature s’auto-imitent et s’auto-influencent naturellement. Au travers de notre histoire, dans la partie 1 de ce mémoire, nous avons tenté de comprendre ce qui a pu pousser notre société à créer une telle notion pour définir ce qu’est naturellement l’interaction des choses. De cette étude, nous avons pu émettre des hypothèses sur cette fracture entre la nature et nous même. Nous avons trouvé un semblant de réponse et nous avons donc tenté de définir une normalisation de ce terme applicable à ce mémoire.

Au travers de l’étude des différentes notions apparentées au biomimétisme, nous avons identifié le large panel de leurs composantes. Mais au-delà d’être une simple méthodologie de production inspirée de la nature, nous avons vu que le biomimétisme entre dans un cadre beaucoup plus large, le rendant ainsi potentiellement apte à changer les paradigmes de la société actuelle. Et même au-delà, toutes les réflexions que le biomimétisme encadre, font partie intégrante d’une certaine spiritualité. Qu’on le veuille ou non, une conception biomimétique ne peut définitivement pas être réfléchie autrement que dans son entière rétroaction. Car nous l’avons abordé avec les systèmes du vivant que sont les automates cellulaires, la nature et les organismes biologiques évoluent en permanence les uns par rapport aux autres, que ce soit localement ou dans la globalité de l’écosystème.

La conception de l’architecture et de l’urbanisme par une étude systémique morphogénétique semble, à l’image du fonctionnement du vivant, prendre tout son sens pour créer une certaine résilience. En revanche, la volonté de tout comprendre et de tout maîtriser peut aussi mener à une création totalement en désaccord avec ce qu’est la nature. Ainsi, ce mémoire a pu mettre en lumière l’énorme potentiel d’une architecture vivante, mais il nous montre également qu’il faut savoir rester critique sur ce que nous faisons et produisons.

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Aussi même en conceptalisantpar une nalyse systémique global, il faudrait laisser une certaine libertée à l’auto-générence et à l’auto-organisation pour que une architecture acquière d’elle même la réel résilience que le monde naturel. Même si le potentiel d’une architecture vivante prend tout son sens, une problématique générale s’impose à nous. Comment concevoir un urbanisme et une architecture si utopique, qu’est celle d’une ville naturellement résiliente, dans une ville déjà existante ? Cette problématique de recherche est très importante, car au-delà de spéculer sur la possibilité de concevoir des villes utopiques dont la résilience et la structure est à l’image de la nature, il faut tenir compte dans le monde actuel de l’urbanisation des territoires déjà très largement avancée. Dans les préceptes constituant le biomimétisme aujourd’hui, il est complètement illogique de vouloir créer de nouveaux urbanismes respectant la nature en utilisant les dernières parcelles naturelles que possède encore la biosphère.

Dans l’essence qui semble être l’établissement d’une architecture vivante bio-inspirée, l’échelle à laquelle doit s’attacher la conception ne peut être en aucun cas métrique. Cette échelle, ou devrais-je dire plutôt “unité”, ne peut être que temporelle. Effectivement l’étude des sciences du vivant et des fonctionnements micro cellulaires ou des super-organismes, nous montre l’importance du temps dans la faisabilité et la création d’un corps. D’autant plus que la flexibilité que permet une “conception temporelle” est apte à subir tout changement du moment où sa stabilité n’est fixée. C’est ainsi dans cette capacité temporelle que réside le réel potentiel de la nature sur les conceptions humaines. De ce fait, pour atteindre la si capable résilience de la nature il faut entrevoir l’architecture comme évoluant dans sa conception et sa construction par l’apport d’un plus grand nombre de mains pensantes et faisantes. Dès lors, l’architecte n’est plus grand maître coordinateur de la conception et de la construction, mais devient le concepteur des éléments nécessaires à la conception par tous. Dans ce cas, il se doit de devenir un penseur du temps.

Tous ces constats nous imposent le devoir d’expérimenter et de proposer des alternatives à notre modernité « high-tech » et nous ne devons jamais oublier notre appartenance à la biosphère et les conséquences de nos actions bonnes ou mauvaises sur celle-ci. C’est pourquoi il est indispensable de faire des simulations en amont de toute réalisation afin de ne pas déstructurer notre écosystème ou notre propre conscience. 125

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Résumé Ce mémoire tente de définir le potentiel que peut avoir le biomimétisme à engendrer une architecture vivante et évolutive, plus apte à évoluer avec notre société. Pour cela, nous commencerons par comprendre ce qu’est le biomimétisme aujourd’hui. Nous passerons par sa définition objective, puis nous tenterons de faire un retour sur la conception du monde naturel dans notre histoire pour comprendre les césures entre la nature et la société. Enfin nous pourrons dégager les conceptes du biomimétisme. Nous verrons par le biais de multiples exemples, que le biomimétisme n’est pas seulement un concepte scientifique. Cette étude nous montrera que le biomimétisme ne peut donc être conçus que par une analyse préalable à plusieurs échelles. De ce fait, nous aborderons les théories de la systémique et de la morphogénèse, que j’ai pu expérimenter au cours de mes travaux en architecture. Effectivement selon leurs précepteurs ces théories, elles font partie intégrante de l’évolution naturelle. Parallèlement nous verrons le potentiel que peut avoir les technologies numériques dans la conception des structures du vivant, avec les automates-cellulaires et les L-systèmes. Cela nous permettra d’en conclure que la systémique et la morphogénèse ne peuvent être dissociées des technologies numériques dans l’architecture. Pour finir nous verrons des expérimentations personnelles du biomimétisme et des technologies numériques en architecture. Par celles-ci nous déterminerons des potentielles études et recherches en architecture et en urbanisme, construite par ce que peut nous apprendre le vivant. Mais nous aborderons aussi, par la comparaison des différents exemples vu au cours de ce mémoire, une thématique d’application du biomimétisme importante pour le développement de notre société déjà bien construite aujourd’hui. À l’image de la croissance des formes naturelles de D’Arcy Thompson, nous verrons que ce sont les constructions actuelles qui se doivent d’évoluer et non d’en réaliser de nouvelles, pour créer une certaine résilience dans notre monde moderne. Mots clés Biomimétisme - Architecture vivante - Philosophie naturelle - Biotechnologie - Bioingénierie - Génie-Biologique - Bionique - Economie de la connaissance Méta-écologie - Morphogénèse - Systèmie - Affordence - automate-cellulaireL-systèmes - Virtuelle - Réalité - Auto-généressance - Auto-organisation - Résilience

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