Connaissez-vous le biomimétisme ?
Le biomimétisme, ou architecture inspirée de la nature, est une discipline qui s’inspire des stratégies du vivant pour concevoir et innover de façon durable. Son intérêt dans la construction et l’architecture ne date pas d’hier. Mais il prend aujourd’hui tout son sens à l’ère de la transition énergétique, des bâtiments à énergie positive, des smart cities et de la construction régénérative.
« Va prendre tes leçons dans la nature, c’est là qu’est notre futur » disait Léonard de Vinci, dès le XVè siècle. Après avoir étudié le vol des oiseaux, l’anatomie de leurs ailes et la position des plumes, celui qui est considéré comme le « père » du biomimétisme a inventé « l’ornithoptère », son engin volant. Et quand on évoque l’architecture et la nature, on pense évidemment à Antoni Gaudí, dont la basilique inachevée, la Sagrada Familia à Barcelone, est un véritable hymne aux forêts et à la nature. Les toits, par exemple, imitent la forme des feuilles, pour évacuer les eaux de pluie naturellement.
Gustave Eiffel, lui, s’est inspiré de la résistance du fémur humain pour concevoir l’architecture biomimétique de sa tour. La légèreté qui en résulte a valu à la Tour Eiffel le titre d’emblème de l’Exposition universelle de 1889. Comme lui, plusieurs architectes ont cherché à bâtir en toute légèreté et ont développé une architecture inspirée des animaux. L’américain Richard Buckminster Füller s’est ainsi inspiré de planctons – les radiolaires – pour ses dômes géodésiques, dont le premier modèle date de 1945. En Allemagne, Frei Otto a emprunté aux toiles d’araignées leurs réseaux pour concevoir ses structures tendues. On lui doit les toitures du Centre Olympique de Munich en 1972. « Des gratte-ciels s’inspirent du squelette d’éponges de mer des océans profonds, constitué d’un enchevêtrement de fibres de verre, complète Nicolas Bel, co-fondateur d’Evoloop*. La célèbre Tour Gherkin de la City à Londres exploite ce principe. D’autres architectes explorent le biomimétisme pour effacer la construction du paysage. Peter Vetsch par exemple a imaginé dans les années 1970 un lotissement de maisons « organiques » à Dietikon, près de Zurich en Suisse, qui ressemblent à des coquilles d’œufs parfaitement intégrées à leur environnement. »
La nature a toujours la solution
Après cette escale dans le passé, revenons au présent. Aujourd’hui l’architecture inspirée de la nature est d’abord perçu comme une opportunité pour répondre aux enjeux du développement durable et de la transition énergétique. « Les enveloppes des bâtiments sont des axes de recherche majeur, confirme Estelle Cruz, architecte chargée de mission habitat bio-inspiré au CEEBIOS**. Dans cette perspective, les propriétés de peaux, de coquilles, de cuticules, ou de fourrures sont largement étudiées, pour améliorer l’efficacité énergétique des bâtiments. » Autre axe de recherche : l’étude des matériaux biologiques. Les constructeurs cherchent à développer des produits aux propriétés les plus diverses : adaptables, autonettoyantes (antifouling), auto-assemblables ou capables de se régénérer seuls. « À chaque nouveau challenge, observons la nature, conseille Estelle Cruz. Si elle a été confrontée aux mêmes défis, elle a sûrement déjà trouvé la solution. » Un exemple ? L’Eastgate Building, un centre commercial situé à Harare au Zimbabwe, abrite un système de ventilation passif particulièrement efficace : comme certaines termitières, il est doté d’une cheminée centrale qui capte l’air par le bas. Le flux remonte naturellement par le cœur du bâtiment pour rejoindre les espaces communs puis s’évacuer au sommet, assurant ainsi la régulation thermique intérieure***.
L’Allemagne à la pointe de l’architecture inspirée de la nature
En Europe, l’Allemagne est à la pointe de l’architecture bio-inspirée. Les universités de Stuttgart, Fribourg et Tübingen ont réuni les compétences d’architectes, d’ingénieurs et de biologistes pour fonder un centre d’excellence****, entièrement dédié à la conception biomimétique des bâtiments. Chaque année, deux pavillons s’inspirant d’une invention de la nature sont construits avec le soutien du ministère de l’industrie et de la recherche allemand. Le projet le plus emblématique est sans doute le pavillon « météo-sensitif » HygroSkin, créé à partir de l’effet « pomme de pin ». Ce fruit ouvre ses écailles par temps sec et les referme en cas de pluie, pour protéger ses graines. Aujourd’hui, la tendance du biomimétisme dans le bâtiment prend d’autant plus d’ampleur qu’il existe plus de moyens pour décrypter les secrets du vivant et des technologies comme l’impression 3D, qui permettront d’imiter plus facilement la nature.
Biomimétisme des écosystèmes
Toits, façades, matériaux, systèmes de régulation… Le biomimétisme s’intéresse aussi aux écosystèmes. « La nature est un modèle intelligent, qui s’adapte à son milieu et transforme ses déchets, note Nicolas Bel. C’est ce que l’on veut recréer avec l’agroécologie***** dans le bâtiment. Un potager en toiture crée un écosystème naturel, fertilisé par un compost produit à partir des déchets ménagers des habitants. En plus, la végétalisation du bâtiment peut mimer l’écosystème des prairies, procurant des îlots de fraicheur l’été et absorbant les pluies d’orage. » Ce principe s’applique à l’échelle des écoquartiers. Ainsi, le projet Lloyd Crossing de réhabilitation d’un quartier à Portland dans l’Orégon, s’inspire de la nature, tout en respectant des objectifs écologiques et économiques. « Tout organisme vivant, en plus de subvenir à ses besoins, va contribuer au fonctionnement de son écosystème, » rappelle Estelle Cruz. On dit qu’il a une fonction régénérative.
Vers la construction de bâtiments régénératifs
Justement, les architectes s’orientent vers une approche régénérative de la construction, comme l’illustre la certification « Living Building Challenge » (LBC). C’est le plus exigeant label au monde, destiné à des bâtiments construits à partir de matériaux locaux, capables d’être autonomes en eau et en énergie, et d’apporter de la biodiversité… Seuls quelques dizaines de bâtiments au monde ont été labellisés. En Europe, une première construction vient d’être certifiée en Grande-Bretagne. Pour accélérer ce mouvement, 100 scientifiques se sont engagés dans l’action de recherche européenne COST RESTORE, dont l’objectif est de développer des méthodes de conception, de construction et de rénovation qui auront un impact positif sur l’environnement et la régénération des écosystèmes.
* Nicolas Bel a réalisé des conférences sur le biomimétisme et enseigne l’éco-conception des produits. Il a fondé Topager (Cf. L’agriculture est l’avenir de la ville), basé sur le biomimétisme des écosystèmes, et Evoloop, qui propose des solutions globales d’économie circulaire pour les projets immobiliers.
** Centre Européen d’Excellence en BIOmimétisme de Senlis et futur démonstrateur d’innovations bio-inspirées.
*** Dans une termitière, ce système ingénieux maintient une humidité constante favorable à la conservation des stocks de nourriture.
**** « Biomimetic Research for Architecture and Building Construction » a été publié en 2017. Cet ouvrage offre un panorama complet des connaissances sur le biomimétisme dans la construction, issues des travaux du centre d’excellence allemand.
*****L’agroécologie consiste à imiter un système naturel, en utilisant les ressources locales pour fertiliser la terre.
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