Estelle Cruz – Ville et habitat bio-inspiré – « La prochaine étape du biomimétisme, c’est de travailler à l’échelle de la ville »

Estelle Cruz est Architecte d’Etat, ingénieure (en cours de VAE) et chargée de mission habitat bio-inspiré au CEEBIOS. Elle concentre ses recherches, dans le cadre d’une thèse, sur les enveloppes bio-inspirées en partenariat avec le MNHN (Muséum d’Histoire Naturelle de Paris) et l’entreprise Vicat, pour développer une méthode de conception d’enveloppes des bâtiments inspirées des stratégies d’adaptation du vivant.
 

Comment peut-on définir le biomimétisme ?

Le biomimétisme est une approche créative où on s’inspire des systèmes vivants pour répondre à des enjeux de développement durable. La biomimétique est une approche interdisciplinaire qui fait par exemple intervenir des architectes, des biologistes, des ingénieurs, pour s’inspirer du vivant et répondre à ces enjeux. C’est un processus défini, notamment par une norme ISO (ISO 18457, 18458, 18459).
 

Au niveau de l’architecture, comment se traduit-il ?

On peut par exemple aborder le biomimétisme en architecture à partir de différents systèmes et sous-systèmes : les matériaux, les façades, les bâtiments et la ville.
Sur les matériaux, il existe déjà de nombreux travaux de synthèse là-dessus, qui permettent d’avoir une vue d’ensemble, notamment le rapport de synthèse Matériaux bio-inspirés du CEEBIOS.

Au niveau des façades, on retrouve en premier lieu l’enjeu de confort thermique, avec des travaux sur l’adaptation de l’enveloppe. Parmi les exemples emblématiques, il y a un projet d’enveloppe qui s’appelle Sierpinski Forest où on va travailler sur un ombrage de la toiture, de la façade pendant les heures les plus critiques pour limiter leur échauffement. La structure est inspirée de la géométrie fractale des arbres. Au-delà d’un simple brise-soleil, on reprend un tétraèdre dupliqué plusieurs fois : avec des petits objets qui permettent une dissipation de la chaleur qui est beaucoup plus important qu’un brise-soleil plein. Il y a également le projet du Flectorin, système de façade adaptative inspiré du mécanisme d’ouverture et de fermeture de la fleur « oiseau de paradis ». Il a été implémenté dans le cadre du pavillon allemand (Yeosu) de l’exposition universelle en 2012 en Corée du Sud. Ces mêmes équipes allemandes, de l’université de Stuttgart, ont travaillé sur l’enveloppe Hygroskin, inspiré des mécanismes d’ouverture et fermeture passives de la pomme de pin.

Enfin, un des projets bio-inspiré le plus connu est le bâtiment de bureaux de 8 étages Eastgate Building au Zimbabwe inspiré du système de ventilation des termitières. C’est un projet low-tech, on est sur du réassemblage de technologies, mécanismes et matériaux bien connus (briques, granites, cheminées, tirages thermiques, etc.), ce qui permet une mise en œuvre bien plus simple.

 

Et à l’échelle du bâtiment, quelles applications et perspectives peut-on imaginer pour le biomimétisme ?

Plusieurs déclinaisons du biomimétisme appliqué au bâtiment peuvent se faire : allègement des structures, amélioration des systèmes énergétiques (chauffages, ventilation, …), optimisation des flux, gestion de l’eau, des déchets, etc. (voir à ce sujet le livre de Michael Pawlyn, Biomimicry in architecture).

Sur le sujet de l’allègement des structures, il faut par exemple se plonger dans les travaux de l’architecte allemand Frei Otto sur les structures tendues et optimisées. Nombreux sont les chercheurs, architectes, ingénieurs ayant exploré le sujet, avec récemment le développement de logiciels de modélisation pour positionner la matière précisément là où elle est nécessaire pour la descente de charges (logiciel SKO développé par Clauss Mattheck). Les biologistes disent souvent que dans le vivant on va privilégier la forme à l’utilisation de matière, on le voit avec la structure de nombreux végétaux comme le bambou qui est totalement creux tout en étant stable, adapté aux contraintes climatiques, léger, etc.
Imiter le vivant pour résoudre de grandes problématiques d’allègement des structures, optimisation énergétique ou de flux est un moyen afin de concevoir des bâtiments à empreinte positive. L’empreinte d’un bâtiment est aujourd’hui dite « négative » sur l’environnement proche et lointain (consommation de ressources, émissions de polluants et carbone, etc).

Ce nouveau type de bâtiments à empreinte « positive » est identifié sous le terme « bâtiment régénératifs ». Ces bâtiments tendent à rendre les services écosystémiques. Ce sont des services « rendus » par l’environnement de manière gratuite. Il existe 4 types de services écosystémiques. On a des services d’approvisionnement (alimentaire, eau, …) où on vient extraire la matière première du vivant, des services de régulation : recyclage de l’eau, limitation de l’érosion des sols, la pollinisation, services rendus par les insectes qui nous permet de manger, etc.
 

Aujourd’hui la tendance des bâtiments est d’aller rendre ces services écosystémiques, car on part du constat compte que l’homme est complètement dépendant de ceux-ci. A un moment, tout ce qu’on consomme, tout ce qu'on utilise a été extrait des écosystèmes. Aujourd’hui, nos bâtiments sont « toxiques » pour les écosystèmes (on émet du CO2 plutôt qu’en stocker, on prend des terres arables, on imperméabilise les sols…), ils ont une empreinte négative sur l’écosystème. Au lieu de cela, la question est de savoir comment un bâtiment va avoir des services écosystémiques et inverser cette empreinte pour qu’elle soit positive, régénérative ?

Il y a là-dessus des projets emblématiques avec les travaux de l’agence d’architecture XTU avec les bioréacteurs. On a une production de biomasse qui peut servir pour l’alimentation, la cosmétique ou la médecine : on rend des services écosystémiques d’approvisionnement. On a une mutualisation des fonctions, qui est un des principes du vivant, on a la culture d’algues au niveau de la façade, le chauffage du bâtiment permet de chauffer également les algues donc on partage l’utilisation de l’énergie.

Dans les autres projets, on a la zone libellule développée par Suez. C’est un projet qui vient en complément d’une station d’épuration où un lagunage a été recréé avec des bassins différents, aux caractéristiques différentes (courant, profondeur, différentes typologies de faunes et flores), ce qui permet aux plantes de dépolluer les eaux avec une quantification des polluants à l’entrée et à la sortie.
Sur cette notion d’écosystème, on a le projet du Lloyd District à Portland dans l’Oregon aux Etats-Unis. Ils ont analysé le fonctionnement de la forêt primaire avant l’existence du quartier pour mesurer les apports en eau, en lumière, le pourcentage de biodiversité et de biomasse – et on revient sur la quantification des services écosystémiques. Ils sont en train de rénover le quartier pour revenir aux services écosystémiques rendus par la forêt primaire, tout en conservant les usages de la ville. Il s’agit de faire cohabiter les deux et les combiner. Ils proposent un phasage jusqu’à 2050, avec un taux d’espace vert à 14% au démarrage avec l’objectif de l’augmenter sans impacter la ville.
 

Au-delà du monde économique, est-ce qu’il n’y a pas quelque chose à faire pour aller vers des dimensions politiques ou citoyennes du biomimétisme, pour changer les modes de pensée et de faire  ?

On a besoin de travailler à un autre niveau qu’avec les architectes, la maitrise d’œuvre qui implémentent le biomimétisme. On aussi a besoin que la demande vienne de la maitrise d’ouvrage, que cela s’intègre dans les cahiers des charges pour que cela se fasse à l’échelle des villes.
Là-dessus il y a un travail de pédagogie à faire. C’est un grand enjeu d’intérêt général porté notamment par le CEEBIOS et plusieurs acteurs du bâtiments. Dans le groupe de travail Habitat, mené depuis 2015 avec des partenaires du CEEBIOS (Ministère de la Transition, promoteurs, agences d’architecture ...), il y a aussi cet objectif de réflexion sur la meilleure façon d’implémenter le biomimétisme à différentes échelles (développement de cahier des charges, labels, etc.).
 

En ce sens, est-ce qu’il ne faudrait pas faire un travail sur l’aspect artistique, presque poétique du biomimétisme ?

Vu qu’il y a parfois une confusion entre l’aspect esthétique et la performance et la vraie démarche d’éco-conception – car c’est ça qui est derrière le biomimétisme – on va plus laisser les acteurs s’approprier ces aspects esthétiques. Développer l’aspect esthétique est tout à fait compatible avec le biomimétisme ! Prenez l’exemple de l’Eastgate Building, l’architecte Mick Pearce a intégré une inspiration des techniques constructives locales, la façade exprime des motifs shona issus de traditions locales, etc.

Dans le vivant, on s’inspire de la fonction plus que de la forme. Dans le processus mental, on vient abstraire la fonction : le processus est le plus important, plutôt que l’apparence.
Il y a un risque de « biomimwashing » sur lequel les acteurs du biomimétisme travaillent, notamment via le développement de cahiers des charges pour donner des outils afin d’aller vers une véritable démarche durable et régénérative »
C’est en tout cas une piste intéressante, mais ce n’est pas la première porte d’entrée actuellement.
 

Comment passe-t-on d’une approche sur les façades, les bâtiments à une approche systémique voire écosystémique sur la ville ?

L’enjeu est bien là. Les réflexions qui vont être menées dans les années à venir vont surtout s’intéresser à l’application des services écosystémiques à la ville, mais il n’y a pas encore de projets concrets, en dehors des projets théoriques de Biomimicry 3.8 notamment à Lavasa en Inde, ou le projet du Lloyd Crossing Project à Portland. Ce serait en tout cas le grand enjeu côté biomimétisme appliqué à la ville, sur comment la ville rendrait ces services écosystémiques.
Il y a des travaux passionnants et rigoureux développés par une chercheuse néo-zélandaise, Maibritt Pedersen Zari qui a quantifié les services écosystémiques à l’échelle de différentes villes, à Cuba, à Wellington. En regardant l’état des villes aujourd’hui, à quel point elles sont impactantes de façon négative sur les écosystèmes et qu’elles sont les potentiels, et elle propose une feuille de route pour ces villes pour inverser la tendance, pour passer de l’empreinte négative à positive.

En termes d’enjeu de société, on a besoin d’aller travailler à l’échelle de la ville. En termes de moyen, de planification urbaine, du fonctionnement des acteurs ainsi que des échelles de temps, aujourd’hui il n’y a pas encore de projet. Mais avec l’engagement de plus en plus importants d’acteurs, notamment dans l’immobilier avec des groupes comme ICADE qui poussent la réflexion de l’application des services écosystémiques à l’échelle de bâtiments, de quartiers, la prochaine étape c’est de travailler à l’échelle de la ville et le développement de projets concrets autour des services écosystémiques.