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Le vivant, une mine d'idées constructives
PHOTO - 13773_836215_k2_k1_1966748.jpg - © ADAM LETCH / STEYN STUDIO

Le vivant, une mine d'idées constructives

JACQUES-FRANCK DEGIOANNI |  le 29/06/2018  |  RéalisationsEnvironnementCharente-MaritimeParisEurope

Biomimétisme -

L'observation de la nature invite à repenser la conception des bâtiments pour des raisons techniques et écologiques.

Optimisation des structures, économie de la ressource, lois de moindre surface et de moindre effort : pour qui sait y lire, le grand livre de la nature fourmille d'enseignements pour les architectes. C'est là toute la force du biomimétisme architectural que de s'inspirer ainsi du vivant pour répondre aux enjeux de la conception d'ossatures performantes, de l'efficacité énergétique, de la résilience face au changement, etc. Si les origines sont anciennes - Léonard de Vinci et ses machines volantes, déjà… -, les pionniers en la matière demeurent Antoni Gaudí, Richard Buckminster Fuller et Otto Frei, maîtres en matière de bio- inspiration pour optimiser les structures et les formes. Il faudra toutefois attendre 1997 pour que le concept soit formalisé et popularisé par la scientifique américaine Janine M. Benyus, née en 1958 (lire p. 78). Une exposition lui sera prochainement consacrée (1).

« Reproduire un écosystème ». Mais attention, le biomimétisme ne se confond pas avec une copie servile des formes naturelles. Il s'agit avant tout d'une compréhension intime des processus à l'œuvre. Une vision que défend Estelle Cruz, architecte et chargée de mission au Centre européen d'excellence en biomimétisme de Senlis (Ceebios) : « L'enjeu est de s'inspirer du vivant pour innover durablement, d'observer un système biologique pour en comprendre le fonctionnement et le transposer. On peut dupliquer une forme pour des raisons esthétiques, mais cette forme sert toujours une fonction. Et s'il est aisé de comprendre un organisme isolé, il est plus ardu, mais plus vertueux, de comprendre et reproduire un écosystème dans toutes ses interactions. » L'actuel regain d'intérêt pour le biomimétisme de la part des acteurs du cadre bâti résulte conjointement des nouvelles exigences environnementales, de l'accroissement des connaissances en biologie et d'un saut technologique dans les moyens de conception-fabrication (impression 3D, design computationnel, etc. ). « Il s'impose aujourd'hui comme une évidence, poursuit Estelle Cruz. On a besoin de solutions inventives aux problèmes environnementaux actuels, mais aussi de bâtiments emblématiques qui démontrent la pertinence de l'approche. » D'où le partenariat signé en mars dernier entre Icade Promotion et le Ceebios pour construire un immobilier et des écosystèmes urbains inspirés du vivant, placés sous le signe de la frugalité énergétique.

Stratégie du vivant. « Solidité, utilité, beauté », les trois qualités essentielles de l'architecture selon Vitruve ne jurent pas avec la stratégie du vivant, faite d'évolution et d'ajustements continus. Envisager l'architecture à cette aune, comprendre les interactions entre les acteurs et les forces en présence, au travers de processus de coopération et de compétition, est sans doute plus facile à dire qu'à faire. Mais le laboratoire de la nature a apporté la preuve - en 3,8 milliards d'années - de son efficacité et de sa pertinence. Qui dit mieux ?

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Structure - La coquille fait de la résistance

Maximiser les portées avec un minimum de matériau, tout en combinant rigidité et légèreté ? Dans les années 1930, l'ingénieur Robert Le Ricolais (1894-1977) observe le réseau d'ondulations, de rainures et de cannelures superposées des coquilles Saint-Jacques, qui leur assure solidité et résistance. Il brevettera ainsi un principe de panneaux composés de deux feuilles de tôle ondulée croisées et rivetées. En 1955, à Royan (Charente-Maritime), les architectes Louis Simon et André Morisseau imaginent la halle du marché central de la ville, une monumentale coque en béton armé de 52 m de diamètre pour 11 m de hauteur.

Décalqué sur une coquille de bénitier géant, le bâtiment repose sur 13 appuis, sans porteur intermédiaire, en juxtaposant un réseau de voûtes à double courbure. Sa coque mince, de 8 cm d'épaisseur, a servi de référence à celle du Cnit de La Défense (1958). Une morphologie dont s'inspire aussi la chapelle de Bosjes (Afrique du Sud), de l'agence Steyn (Londres).

« Vers des bâtiments régénératifs »

« Le biomimétisme appliqué au bâtiment permet déjà d'imaginer et de mettre en œuvre des solutions structurelles, en optimisant par exemple l'utilisation de la matière, mais aussi de maîtriser les ambiances : régulation thermique, optimisation des apports lumineux, ventilation naturelle, etc. L'objectif aujourd'hui, autrement plus ambitieux et plus vaste, consiste à repenser tout type de construction (logements, bureaux… ) au travers de bâtiments écosystémiques. Ceux-ci sont capables de s'intégrer dans leur milieu d'accueil, en mimant les services rendus par l'environnement : recueil et traitement de l'eau, production et stockage d'énergie, purification de l'air, stockage du gaz carbonique, etc. Cette approche dite “régénérative” vise à inverser la tendance, en passant de bâtiments à forte empreinte environnementale à des édifices réactifs, au service de l'écosystème. Ces bâtiments visent une empreinte “positive” en s'intégrant dans les écosystèmes existants. La certification américaine Living Building Challenge (LBC), la plus rigoureuse qui soit, distingue ainsi les constructions “vivantes”, autonomes en eau et en énergie, qui fonctionnent avec autant d'efficacité et d'économie de moyens que la nature elle-même. »

Estelle Cruz, architecte DE, chargée de mission « Habitat bio-inspiré » au Ceebios

Rafraîchissement - Système de régulation termite

Pionnier du genre, l'architecte Mick Pearce, né en 1938 à Harare (Zimbabwe), a achevé voici vingt ans, dans sa ville natale, un complexe immobilier de 9 500 m2 , Eastgate. Exemple de construction low-tech , il a été inspiré par l'observation… des termitières ! Ces ouvrages sont formés de stalagmites de boue creusées de galeries qui servent au déplacement de la colonie d'insectes, mais aussi à la ventilation/rafraîchissement. En obturant ou en ouvrant ces « gaines », les termites régulent le débit d'air entrant pour adapter la température interne aux conditions extérieures et maintenir ainsi une ambiance à 30 °C, favorable aux champignons que cultivent ces insectes.

Nombreuses entrées d'air. Un dispositif calqué sur ce modèle a été mis en place à Eastgate : le bâtiment à forte inertie (briques, granit et béton) dispose en toiture de cheminées d'évacuation et, à sa base, de nombreuses entrées d'air. La masse construite permet de stabiliser la température interne. Le bâtiment utilise la différence de température entre sa base et son sommet pour évacuer l'air chaud intérieur par tirage thermique naturel et le remplacer par l'air neuf extérieur, en particulier la nuit.

« Une bonne connaissance préalable du climat est indispensable pour maîtriser les conditions de confort intérieur, souligne l'architecte. C'est comme accorder des orgues dans une église. » Un dispositif complémentaire est, lui, emprunté aux cactus du désert : des façades végétalisées, à la modénature épaisse. Leurs multiples anfractuosités et décrochements forment une protection solaire en journée et démultiplient les surfaces d'échanges par radiation avec l'air frais, la nuit.

Humidité - L'effet « pomme de pin »

Chacun l'aura observé : les pommes de pin s'ouvrent au soleil, par temps sec, et se referment par temps humide ; ceci afin de protéger les graines qu'elles abritent. Ce phénomène dit « effet bilame » est lié à la résolution des contraintes dues à l'hygrométrie. Celles-ci s'exercent sur les deux faces des écailles, consti-tuées du même matériau, mais de structures différentes. En 2013, au Frac Centre à Orléans, le pavillon « météorosensible » « HygroSkin » utilisait ce même effet pour mettre en œuvre des ouvertures mobiles, sensibles à l'humidité ambiante.

Plus de 1 000 éléments mobiles. Co-conçu par les architectes, ingénieurs et biologistes emmenés par Achim Menges (université de Stuttgart, Allemagne), le petit édifice est formé de 28 modules « sandwichs » habillés de contreplaqué, tous différents, fabriqués par un robot. Il est percé de 1 100 éléments mobiles, réactifs à l'humidité relative (HR) de l'air, pour des taux allant de 30 % (journée ensoleillée) à 90 % (journée pluvieuse en climat tempéré). Le bois se conjugue ici à un matériau composite qui amplifie sa réaction. La présence d'eau dans les fibres du bois provoque ainsi l'ouverture ou la fermeture des orifices.

Le pavillon réagit à la manière d'un organisme vivant, sans aucun apport d'énergie extérieure, sans électronique ni aucun mécanisme. Bien loin de la domotique instrumentée de capteurs, de moteurs, et gourmande en énergie…

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Lumière et chaleur - Sous la peau de l'ours

Au premier abord, le complexe immobilier du Centre d'arts de Singapour - théâtre, salle de concert, commerces, etc. - semble avoir pris pour modèle le durian, un gros fruit omniprésent en Asie du Sud-Est, de forme ovoïde et caparaçonné d'épines et de picots. Il n'en est rien, et la référence des concepteurs en la matière - les agences DP Architects et Michael Wilford & Partners -était plutôt… la fourrure de l'ours polaire, et sa capacité à réguler l'absorption et la transmission des apports de chaleur et de lumière. Pour lutter contre les températures négatives, l'épaisse fourrure de ces plantigrades se hérisse pour laisser pénétrer les rayons du soleil au contact direct de la peau.

Losanges articulés. Sur ce même principe, le bâtiment du centre d'arts est protégé par une verrière monumentale formant surtoiture, réalisée par les ingénieurs d'Atelier One. Elle est recouverte d'un dispositif mobile de protection composé de losanges articulés en aluminium, asservis à des capteurs de température et de lumière. Par mauvais temps, ces losanges s'ouvrent pour laisser passer la lumière directe du soleil et réchauffer le bâtiment. Par beau temps, lorsque le mercure grimpe jusqu'à 40 °C, ceux-ci s'abaissent et se referment partiellement afin de minimiser le rayonnement solaire direct et éviter tout risque de surchauffe interne, tout en laissant passer suffisamment de lumière indirecte réfléchie par leur surface en aluminium. Reste que, ours polaire ou pas, le bâtiment a hérité d'un surnom : le durian !

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(1) Biomim'expo, le 6 septembre et le 23 octobre 2018 à Paris. https :// biomimexpo.wordpress.com/

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