Ce lundi 5 octobre 2020, c’est la journée mondiale de l’habitat.
En cette année si particulière, les axes de réflexion proposés par le Programme Habitat de l’ONU ressortent vivement avec la crise sanitaire : sécurité, bien être, santé, dignité et inclusion dans les espaces urbains. On pourra évidemment rajouter l’enjeu majeur de notre millénaire : façonner des villes plus durables.
Un défi de taille pour toutes les parties prenantes. Comment relever ce défi de la ville du futur ?
La nature, qui orchestre la vie de milliards d’espèces dans des écosystèmes variés et sous contrainte, est à l’origine même de la notion d’habitat. Durable et résiliente par excellence, pourrait-elle nous montrer la voie ? Pour s’en convaincre voici un petit tour d’horizon des initiatives d’urbanismes bio-inspirée et leur répercussions positives.
La nature est spécialiste de la conception, de la construction et de la maintenance des habitats. Par conséquent, on aboutit sur une gamme de principes optimisés et d’approches techniques ou opérationnelles éprouvées. Une mine d’or pour les architectes et constructeurs, afin de répondre à des défis techniques précis relatifs au bâtiment ou à la fonctionnalité de ses composants : thermorégulation, sobriété énergétique, gestion de la lumière, conception des structures, acoustique…
L’apport du biomimétisme est plus large puisqu’il permet aussi une construction plus rapide, durable et économique en matériaux. Or la capacité à réagir vite, ne doit pas se faire au détriment des aspects long terme de l’habitat. Encore une fois la nature peut nous apprendre à faire vite et bien. Les abeilles domestiques, considérées comme de fabuleuses bâtisseuses, l’illustrent bien avec leurs alvéoles hexagonales. Repérées dès l’antiquité, notamment par Aristote, la preuve d’optimisation de ces structures (émise par Pappus) ne sera démontrée qu’en 1999 par Thomas Hales, après des siècles de recherches ! Ces structures s’avèrent être non seulement optimales en terme de stockage et d’apport en matériaux, mais aussi ultra-résistantes. Les abeilles ont ensuite inspiré de nombreux ingénieurs pour construire des parois résistantes, isolantes et légères. Plusieurs entreprises commercialisent d’ores-et-déjà des panneaux aux propriétés multiples inspirées des structures hexagonales. Ceux-ci peuvent permettre la construction d’habitats rapides, solides et économiques en matériaux.
Avec les nouvelles technologies, les ingénieurs peuvent aujourd’hui aller beaucoup plus loin : si la structure de la tour Eiffel était inspirée de la morphologie interne du fémur, des ingénieurs d’AutoDesk ont développé un algorithme d’optimisation utilisant les caractéristiques de la croissance osseuse pour optimiser les parois des avions. La technologie d’impression 3D permet d’imprimer ces parois très rapidement, tout en garantissant un bon équilibre poids/résistance et un apport minimal en matériaux (diminué par 20 dans le cas d’Airbus). Actuellement utilisés pour les parois des A320, ces outils pourraient aussi être mobilisés pour la construction à grande vitesse de bâtiments en cas de crise, tout en garantissant leur fiabilité.
Bien d’autres organismes inspirent des algorithmes d’optimisation. Pour les transports ou l’organisation logistique, la stratégie de développement du blob, ou encore celles de croissance racinaire, ont beaucoup à nous apprendre ! En 2010, des chercheurs de l’université de Hokkaido ont observé qu’en représentant des villes de la région par des sources de nourriture à l’échelle de leur population, le blob construisait un réseau optimisant résilience et temps de transport entre les différentes villes. Après plusieurs simulations dans des conditions variées pour valider leurs observations, les chercheurs ont conclu que le réseau construit par le blob n’était ni celui qui optimisait les temps de trajet, ni celui qui optimisait la longueur des lignes de chemin de fer, mais celui qui trouvait le juste équilibre entre les deux, pour un bon fonctionnement en conditions réelles : le réseau construit par le blob était étonnamment similaire à celui existant !
Dans l’organisation de nos villes, les plantes ont aussi beaucoup à nous apporter. La phyllotaxie, science étudiant la disposition des feuilles sur une tige, les arrangements de fruits, rameaux, … peut nous enseigner comment le vivant optimise son accès aux ressources. En effet, pour grandir efficacement, les plantes doivent être capable de produire le maximum d’énergie par la photosynthèse et donc adapter leur structure pour maximiser la surface d’exposition. La phyllotaxie nous permet de mettre en relief les mécanismes d’arrangement des feuilles pour qu’elles se fassent pas ombrage, ce dont nous pouvons nous inspirer lors de la conception et l’orientation de nos bâtiments et leurs ouvertures.
Les mécanismes microscopiques au niveau des feuilles peuvent aussi aider dans la conception d’ouvertures intelligentes. La surface des feuilles est couverte d’éléments appelés stomates, semblables aux pores se trouvant sur notre peau, et qui permettent à la plante de réguler ses échanges avec le milieu extérieur en fonction de l’humidité, la température et l’ensoleillement. Le but des stomates est de permettre aux plantes d’absorber le CO2 nécessaire à la photosynthèse tout en limitant leur transpiration pour préserver ses ressources en eau. En 2015, Tobias Becker, un architecte allemand a conçu une façade sur ce principe dans le cadre de sa thèse à l’Université de Stuttgart. Nombreuses fois primée et soutenu par plusieurs entreprises, la technologie Breathing Skins permet de réguler les flux d’air et l’opacité de la façade grâce à un système pneumatique.
Cette structure nous incite à réfléchir sur la notion d’intégration, d’inclusion dans la ville. Une ville, tout comme un habitat, n’est pas seulement un ensemble d’éléments rassemblés en un lieu, c’est un ensemble d’interactions qui font émerger une structure connectée. Et pour cela, la nature est un excellent mentor ! Des milliers d’espèces contribuent collectivement au développement des écosystèmes qu’ils constituent, tant par leur interactions que par leurs constructions. Les notions de parasitisme et de symbiose sont omniprésents dans le vivant. A notre échelle nous tentons de réintégrer le vivant dans nos villes en construisant des toits végétalisés pour favoriser la biodiversité ou des fermes urbaines pour réinsérer la production alimentaire au coeur des cités. Des projets expérimentaux, comme celui des Grands Voisins à Paris, montrent le potentiel de ces interactions mutualistes : intégration, valorisation de la biodiversité, production locale, dynamisme économique … L’intégration est aussi intéressant au sein d’un même bâtiment, tant en terme de diversité des structures que d’architecture. En incluant des micro-algues dans la façade des immeubles, le cabinet XTU Architects a montré que cette surface inerte peut aussi produire de l’énergie tout en isolant le bâtiment et dépolluant son environnement.
La nature excelle aussi par ses capacités de filtration, pour la dépollution, le captage d’eau et l’épuration, ses stratégies sont multiples. Ainsi les épines de cactus possèdent une micro-structure facilitant la formation et le transport de gouttes d’eau tandis que le ténébrion du désert namibien se met en équilibre sur ses pattes avant pour faire couler les gouttes d’eau jusqu’à sa bouche. Ces mécanismes ont d’ailleurs inspiré les scientifiques de l’Académie des Sciences chinoises qui ont conçu en 2018 un aérogel inspiré des structures du cactus et de la toile d’araignée (observez les gouttes de rosée sur leur toile le matin !), pour filtrer l’air ou rendre l’eau potable. De l’autre côté du Pacifique, des ingénieurs australiens de la société Baleen Filters ont conçu un puissant système d’épuration inspiré des baleines. Ces géants des mers, qui brassent des volumes impressionnants d’eau pour en extraire leur nourriture, disposent d’un système de filtration efficace à leurs fanons, ainsi qu’une méthode ingénieuse de nettoyage de ceux-ci pour en extraire leur précieux plancton. Le système qui en découlent permet le traitement des eaux usées ou industrielles avec une efficacité stupéfiante : il nécessite seulement 4% de l’énergie nécessaire à un système conventionnel, tout en réduisant le coût d’opération, l’espace mobilisé et la vitesse de traitement. Une solution prometteuse, déployable rapidement en cas de crise !