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Biomimétisme en architecture. État, méthodes et outils

Biomimicry in Architecture: State, methods and tools
Natasha Chayaamor-Heil , François Guéna  et Nazila Hannachi-Belkadi

Résumés

Le biomimétisme inspire l’innovation dans différents domaines. Il a un impact significatif dans le champ de l’architecture, où il peut conduire à des innovations pour concevoir un environnement bâti durable. En tant que champ interdisciplinaire, l’architecture est influencée par de nombreux aspects des sciences naturelles et sociales. Parmi ces influences, l’inspiration de la biologie est actuellement dominante. Le cadre de la conception bio-inspirée a évolué et s’est transformé en différentes approches innovantes en grande partie du fait du développement de l’informatique et de son usage en architecture. Cet article vise à identifier les principales caractéristiques de l’architecture biomimétique, au regard de l’architecture bio-inspirée et à travers un état des connaissances dans le domaine et une étude de cas significatifs. L’objectif est de montrer comment l’usage de méthodologies de conception biomimétique pourrait conduire à des innovations en architecture en vue de répondre aux enjeux environnementaux actuels. Toutefois les architectes ne disposent pas encore des moyens d’accès à ces méthodologies biomimétiques pour les utiliser efficacement, aussi nous présentons à la fin de cet article les caractéristiques d’une plateforme d’outils qui pourrait faciliter la conception biomimétique dans le champ de l’architecture.

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Texte intégral

1Face aux enjeux du développement durable et de son impact sur l’environnement, le secteur du bâtiment est confronté à un nécessaire besoin d’innovation. En septembre 2015, le Conseil économique social et environnemental émet un avis intitulé « Le biomimétisme : s’inspirer de la nature pour innover durablement » (Ricard, 2015). L’architecture y est présentée comme un des domaines d’application prometteurs et il est fait état d’une activité de conception architecturale émergente bio-inspirée capable de répondre aux enjeux environnementaux actuels.

2En effets, les espèces animales et végétales savent mettre en place des stratégies pour s’adapter à leur environnement et ses transformations formant avec lui un écosystème durable. Les progrès techniques d’observation à très petite échelle permettent aujourd’hui d’avoir une connaissance plus approfondie du fonctionnement de la nature et offrent une source de connaissance et d’inspiration nouvelle pour l’architecture (Gruber, 2011 ; Mazzoleni, 2013).

3Certes, les architectes se sont toujours inspirés de la nature, c’est encore le cas aujourd’hui et ça le sera sans doute dans le futur, mais il faut distinguer une bio-inspiration principalement formelle à visée esthétique ou symbolique (Brayer et Migayrou, 2013) d’une bio-inspiration dont l’objectif est la durabilité. Il est aussi nécessaire de distinguer, parmi les activités de conception bio-inspirées à visée de durabilité, celle qui sont vraiment biomimétiques et qui peuvent conduire à de réelles innovations. En fait, si les exemples de productions architecturales bio-inspirées sont nombreux, ceux fondés sur une activité de conception biomimétique sont rares. Il en va de même pour les activités de recherche en conception architecturale bio-inspirées. Certaines ont pour visée de développer des méthodologies ou des outils d’éco-conception architecturales sans pour autant qu’il s’agisse à proprement parler de méthodologies de conception architecturales biomimétique. Comme le fait remarquer à juste titre Petra Gruber (Gruber, 2008), il existe une grande confusion terminologique due au fait qu’on associe souvent des termes issus des sciences du vivant à certaines activités de conception architecturale (métabolisme, architecture organique, conception évolutionnaire, conception génétique, etc.).

4Les spécialistes du biomimétisme s’accordent pour distinguer actuellement deux approches possibles : soit on recherche dans la nature des phénomènes susceptibles de répondre à des enjeux de développement durable et on essaye de les transférer à l’architecture, soit on part de problèmes architecturaux et on tente de trouver dans la nature les phénomènes que l’on pourrait transférer (Helms et al., 2009). Ces deux approches nécessitent une activité pluridisciplinaire faisant coopérer des biologistes et des architectes. La nature présente une telle multitude de phénomènes que le temps de recherche et de maturation d’une possibilité de transfert vers l’architecture est nécessairement très long. Enfin, la traduction du phénomène naturel visé vers l’architecture peut poser d’encore plus grandes difficultés. Si ce type d’activité est concevable dans l’industrie et permet effectivement de créer des produits innovants, il est clair qu’elle n’est pas aujourd’hui directement applicable dans le temps du projet d’architecture ni dans son contexte économique et social. Pour développer l’innovation dans le secteur du bâtiment, différents leviers sont identifiables (Deshayes, 2012). Un de ces leviers consiste à mettre à disposition des plateformes pour favoriser la coopération et les échanges interdisciplinaires. Pour le biomimétisme en architecture et peut être dans un contexte d’open-innovation, ces plateformes pourraient offrir aux architectes des outils d’accompagnement d’une activité de conception biomimétique.

5Dans la visée du développement de telles plateformes, cet article a pour objectif de définir clairement ce qu’est une activité de conception architecturale biomimétique, de faire le point sur les productions architecturales biomimétiques ainsi que sur les méthodes et outils disponibles.

Origine du biomimétisme

6Le terme biomimétisme apparait dès 1980 et fut vulgarisé par la biologiste et environnementaliste Janine Benyus, l’auteur de l’ouvrage Biomimicry : Innovation Inspired by Nature (Benyus, 1997). Le biomimétisme est défini dans son livre comme une nouvelle science qui étudie la nature en vue de l’imiter ou de s’en inspirer pour résoudre des problèmes humains. Benyus suggère de regarder la nature comme modèle, mesure ou mentor.

  1. La nature comme modèle : le biomimétisme étudie les modèles de la nature, puis imite ou s’inspire de leurs caractéristiques pour résoudre des problèmes humains.

  2. La nature comme mesure : le biomimétisme propose d’utiliser les standards de l’écologie pour juger de la « justesse » de nos innovations. Après 3,8 milliards d’années d’évolution, la nature a appris ce qui marche, ce qui est approprié, ce qui dure.

  3. La nature comme mentor : le biomimétisme est une nouvelle manière de considérer et d’apprécier la nature. Il introduit une ère fondée non pas sur ce que nous pouvons extraire du monde naturel mais sur ce que l’on peut apprendre de lui.

7Sur le modèle du Biomimicry Institute, fondé aux États-Unis par Janine Benyus en 2006, des initiatives ont été prises pour promouvoir le biomimétisme dans plusieurs pays et notamment en Europe. L’association Biomimicry Europa, créée en 2010, ou encore le CEEBIOS (Centre européen d’excellence en biomimétisme de la ville de Senlis), créé en 2012, ont pour mission de favoriser le développement du biomimétisme en menant diverses actions de recherche et de développement, de formation et de mise en relation des acteurs du monde académique et du monde industriel.

8Le secteur industriel s’est rapidement emparé du biomimétisme, ce qui a conduit à des innovations dans différents domaines (matériaux, robotique, informatique, médecine, etc.), mais sans nécessairement toujours tenir compte des enjeux du développement durable (Nacthigall, 2003). En architecture, le biomimétisme est par contre principalement perçu comme un moyen de répondre aux enjeux environnementaux actuels (Cruz, 2016).

La bio-inspiration en architecture

9L’architecture considère depuis longtemps la nature comme source d’inspiration. De nombreux mots incluant le préfixe bio- ont été associés à l’architecture créant ainsi une grande confusion et une ambiguïté terminologique. Ces termes apparemment proches ont des sens différents mais peuvent se regrouper sous le terme générique de bio-inspiré. Celui-ci désigne le fait de s’inspirer de la nature pour créer de nouveaux objets ou procédés qui n’y sont pas présents naturellement.

10L’architecture biomorphique correspond à une conception directement influencée par les formes organiques des animaux, des végétaux et du corps humain (Feuerstein, 2002). Il prend ses racines dans le mouvement Art nouveau. Il s’agit d’imiter la nature en effectuant des associations formelles et symboliques.

11L’architecture bionique est un mouvement de conception de bâtiment dont l’expression et les configurations constructives sont empruntées à la nature. Le mouvement bionique se focalise sur le transfert des formes de la vie. Son but est la synthèse de la nature dans des technologies constructives modernes (Cervera et Pioz, 2015). Les pratiques bioniques de l’architecture donnent naissance à des nouvelles formes efficaces du point de vue fonctionnel et originales dans leur qualité esthétique, mais sans tenir compte des principes de la nature ni nécessairement du développement durable.

12L’architecture biomimétique est une philosophie contemporaine de l’architecture qui cherche des solutions durables dans la nature (Pawlyn, 2011), sans vouloir en répliquer les formes, mais en identifiant les règles qui les gouvernent. Il s’agit d’une activité interdisciplinaire de développement durable qui cherche à s’inspirer des principes de la nature qui permettent aux organismes de vivre durablement dans leur environnement et de survivre à de soudains bouleversements. Les organismes naturels sont résilients, optimisés, adaptables, basés sur des systèmes et des valeurs qui permettent la vie.

13L’objectif de l’architecture biomimétique ne consiste plus uniquement à donner forme et mesure à l’espace, mais aussi à développer des relations synergiques entre le construit et son environnement. L’approche heuristique du biomimétisme consiste à apporter à l’architecture le « vitalisme » au-delà de la seule vision mécaniste de la vie (Gruber, 2008). L’architecture biomimétique pourrait être à l’origine d’une transformation du rôle de l’architecte évoluant du contrôle de la nature vers une participation durable avec la nature.

14La section suivante présente le cadre théorique du biomimétisme et ses différentes approches à partir desquelles il est possible de décrire un processus de conception biomimétique adapté à l’architecture.

La démarche biomimétique

15Si nous considérons le processus de conception biomimétique dans son ensemble, de l’idée initiale au produit final, deux démarches ont été identifiées (Speck et Speck, 2008 ; Helms et al., 2009). La première part d’un besoin humain ou d’un problème de conception puis examine les façons dont des organismes ou écosystèmes présents dans la nature résolvent ce problème. Il s’agit d’une démarche orientée problème (Top-down ou design looking to biology). Cette approche est effectivement menée par des concepteurs qui, après avoir identifié les objectifs initiaux et les paramètres de la conception, cherchent des solutions dans le monde végétal ou animal (figure 1.a).

16La seconde démarche consiste à identifier une caractéristique particulière, un comportement ou une fonction dans un organisme ou un écosystème, puis à rechercher à quel problème de conception cela pourrait répondre. Il s’agit d’une démarche orientée solution (Bottom-up ou biology influencing design) (Biomimicry Guild, 2007). Cette démarche est celle où les connaissances en biologie influencent la conception humaine. Elle est menée par des personnes ayant une connaissance scientifique de la nature et qui recherchent des applications possibles pertinentes pour la conception (figure 1.b).

Figure 1. Séquences de processus dans la recherche biomimétique : progression d’un projet biomimétique à partir de modèles biologiques aux produits biomimétiques. (a) Processus orienté problème, (b) Processus orienté solution.

Figure 1. Séquences de processus dans la recherche biomimétique : progression d’un projet biomimétique à partir de modèles biologiques aux produits biomimétiques. (a) Processus orienté problème, (b) Processus orienté solution.

Adapté de Helms et al., 2009.

Les niveaux du biomimétisme en architecture

17Les processus de conception biomimétique en architecture font apparaitre trois niveaux d’imitation possibles : le niveau de l’organisme, du comportement ou de l’écosystème (Zari, 2007).

18Le niveau organisme se réfère à un être spécifique comme une plante ou un animal et peut impliquer l’imitation d’une partie de l’organisme ou du tout.

19Le niveau comportement se réfère au comportement d’un être et peut inclure la traduction d’un aspect du comportement de l’organisme et éventuellement sa relation à un contexte plus large.

20Le troisième niveau est l’imitation d’un écosystème entier et des principes qui lui permettent de remplir les fonctions avec succès.

21À l’intérieur de chacun de ces trois niveaux, cinq dimensions supplémentaires d’imitation existent (figure 2). La conception peut être biomimétique par exemple en termes de à quoi ça ressemble (forme), en quoi c’est fait (matériau), comment c’est fait (construction), comment ça travaille (processus) ou qu’est-ce que ça fait (fonction) (Zari, 2007).

Figure 2. Cadre théorique pour l’application du biomimétisme en architecture.

Figure 2. Cadre théorique pour l’application du biomimétisme en architecture.

Adapté de Zari, 2007.

22La section suivante présente pour chacun des niveaux des cas patents d’architecture biomimétique.

Niveau organisme

23Le niveau organisme correspond à un biomimétisme de forme ou de surface. Il s’agit de s’inspirer et d’imiter les formes retrouvées dans la nature. Les organismes ont évolué depuis des millions d’années ; leur morphologie s’est parfaitement adaptée à l’environnement dans lequel ils vivent. Par exemple, le coléoptère namibien Stenocara a inspiré un certain nombre d’architectures biomimétiques comme le Centre hydrologique de l’Université de Namibie, conçu par Matthew Parkers de KSS Architectes (Knight, 2001) ou encore le Teatro del aqua, un projet non construit conçu par Michael Pawlyn (Pawlyn, 2016). En effet, la carapace de ce scarabée est composée d’une succession de microbosses attirant l’eau et de rainures cireuses qui la font circuler (figure 3.a). Ces caractéristiques ont directement inspiré ces architectes pour concevoir les capteurs de brouillard de leurs bâtiments (forme et matériau) (figure 3.b).

Figure 3. (a) Le coléoptère namibien Stenocara, (b) Le Centre hydrologique de l’Université de Namibie, conçu par Matthew Parkers de KSS Architectes.

Figure 3. (a) Le coléoptère namibien Stenocara, (b) Le Centre hydrologique de l’Université de Namibie, conçu par Matthew Parkers de KSS Architectes.

Source : Cruz, 2016.

  • 1 [http://icd.uni-stuttgart.de].
  • 2 L’élytre est une aile rigide qui sert de protection aux ailes souples des coléoptères volants.

24Jan Knippers, Thomas Speck et Achim Menges (Knippers et al., 2015) ont mis en place une collaboration interdisciplinaire fructueuse entre l’architecture, la conception informatique, l’ingénierie et la biologie. Les pavillons de recherche ICD/ITKE1 qu’ils ont créé constituent des exemples de conception biomimétique. L’Elytra Filament Pavilion, par exemple, a été inspiré par les principes fonctionnels de l’élytre2 du coléoptère du Colorado (Leptinotarsa decemlineata) et du scarabée-tortue vert (Cassida viridis) (figure 4.a). La réalisation de ce pavillon démontre qu’il est possible de développer de nouvelles méthodes de fabrication écologique à partir de matériaux composites associant matrices polymères et fibres textiles.

Figure 4.a : L’elytra du coléoptère du Colorado (Leptinotarsa decemlineata) et le scarabée-tortue vert (Cassida viridis).

Figure 4.a : L’elytra du coléoptère du Colorado (Leptinotarsa decemlineata) et le scarabée-tortue vert (Cassida viridis).

Source : Knippers et al., 2015.

Figure 4.b : La structure temporaire Elytra Filament Pavilion sur le campus de l’Université de Stuttgart.

Figure 4.b : La structure temporaire Elytra Filament Pavilion sur le campus de l’Université de Stuttgart.

Source : Knippers et al., 2015.

25D’autres exemples d’architecture biomimétique sont à classer au niveau de l’imitation d’un organisme. C’est le cas du Swiss Re Headquarter, construit par Foster & Partner’s3 (2003), dont l’Euplectella aspergillum, plus communément appelée Corbeille de fleurs de Vénus, a inspiré la conception (figure 5.a). Cet organisme marin est constitué de multiples couches de verre formant un squelette très résistant malgré la petitesse des filaments qui le structurent. Ce squelette est composé de treillis de fibres formant des alvéoles carrées qui sont renforcées par d’autres fibres placées diagonalement et décrivant ainsi des spirales. La structure extérieure du Swiss Re Headquarter imite le squelette de l’Euplectella.

Figure 5.a : Le Swiss Re Headquarter inspiré par la Corbeille de fleurs de Vénus.

Figure 5.a : Le Swiss Re Headquarter inspiré par la Corbeille de fleurs de Vénus.

Source : www.arch2o.com

26Plus récemment, deux architectures biomimétiques remarquables ont été édifiées à Singapour. L’Esplanade Theatre4 de DP Architectes et Michael Wilford dispose d’une couverture inspirée par la peau des fruits du Durian (figure 5.b). Celle-ci est composée de panneaux d’aluminium qui filtrent la lumière naturelle et qui change de direction selon la position du soleil. Cette conception biomimétique réduit de 30 % l’énergie totale consommée dans le bâtiment et de 55 % l’utilisation de l’éclairage artificiel.

Figure 5.b : l’Esplanade Théâtre inspiré par la peau des fruits du Durian.

Figure 5.b : l’Esplanade Théâtre inspiré par la peau des fruits du Durian.

Source : pinterest.com

27Toujours à Singapour, la conception de l’ArtScience Museum5 a été inspirée par la fleur de lotus (figure 5.c). L’arrangement particulier des pétales qui compose le bâtiment permet de récupérer l’eau de pluie en vue de la recycler et laisse entrer la lumière naturelle dans plusieurs directions diminuant ainsi l’usage de l’éclairage artificiel.

Figure 5.c : l’Artscience Museum inspiré par la fleur de lotus.

Figure 5.c : l’Artscience Museum inspiré par la fleur de lotus.

Source : http://homeklondike.site

Niveau comportement

28Le niveau comportement correspond à un biomimétisme de processus ou de fonction. Il s’agit d’observer comment la nature fait pour « réaliser une fonction » afin de l’imiter. Ce n’est pas l’organisme lui-même qui est imité mais la façon dont il se comporte. Les travaux de l’architecte Mick Pearce6 illustrent parfaitement le niveau comportement du biomimétisme. Son bâtiment le plus remarquable est l’Eastgate Building à Harare au Zimbabwe. Il est en partie fondé sur des techniques de ventilation et de régulation de température observées dans les termitières dans le but de créer une ambiance thermique stable à l’intérieur de l’édifice (figures 6). Ce système de ventilation passive permet de diminuer considérablement les consommations d’énergie. Une étude comparative menée avec six autres bâtiments a montré que l’Eastgate Building utilise 35 % moins d’énergie qu’un bâtiment conventionnel avec air conditionné, soit une économie estimée à environ 3,5 millions de dollars sur cinq ans (Levillain et Thebaud, 2016).

Figure 6.a : Le système de ventilation de la termitière.

Figure 6.a : Le système de ventilation de la termitière.

Source : Illustrations de Daniel Gallant/Foundry Zero

Figure 6.b : Application du fonctionnement de la termitière à la ventilation naturelle de l’Eastgate Building.

Figure 6.b : Application du fonctionnement de la termitière à la ventilation naturelle de l’Eastgate Building.

Source : Adapté du travail de Mick Pearce.

29Comme autre exemples de biomimétisme architectural réalisé au niveau comportement, citons les travaux de l’agence d’architecture A. Bechu & Associés7. Les architectes ont étudié avec des biologistes le système de régulation thermique des pingouins empereurs et l’ont appliqué à la conception du Skolkovo Innovation Center (Biomimexpo, Senlis, 2017). Tout comme les pingouins sur une plate-forme de glace formant un cercle pour partager leur chaleur, une centaine de villas sont regroupées dix par dix dans une vaste clairière entourée d’une voie navigable (figure 7).

Figure 7.a : Système de régulation thermique des pingouins empereurs.

Figure 7.a : Système de régulation thermique des pingouins empereurs.

Source : Asknature

Figure 7.b : District 11, centre d’innovation de Skolkovo en Russie.

Figure 7.b : District 11, centre d’innovation de Skolkovo en Russie.

Source : Agence d’architecture A. Bechu & Associés.

Niveau écosystème

30Le niveau écosystème correspond à un biomimétisme cherchant à imiter des écosystèmes présents dans la nature. Il s’agit de comprendre comment les relations entre des espèces et leur environnement produisent un écosystème stable dans le temps et donc durable. En effet, dans la nature, tous les déchets générés par des animaux et des plantes constituent un apport pour d’autres animaux et d’autres végétaux. Un bâtiment qui serait capable d’imiter ce processus naturel pourrait fonctionner de manière autonome et durable.

31Il y a plusieurs cas d’imitation de la nature au niveau écosystème, mais la ville de Kalundborg au Danemark8, en tant que premier exemple de symbiose industrielle, en est une parfaite illustration (figure 8.a). La coopération, le recyclage et l’échange de flux de matière ou d’énergie ont permis aux entreprises basées dans le parc industriel de minimiser leur impact environnemental en améliorant leur productivité. Sur un principe similaire une entreprise californienne, ReGen Villages9, créée par des enseignants-chercheurs de l’université de Standford, s’est associée à un cabinet d’architecture danois EFFEKT10 pour concevoir un village 100 % écologique en Hollande. Ce village, dont la construction a débuté en 2016, fonctionnera en circuit fermé et sera entièrement autonome et respectueux de l’environnement. Il sera capable de produire sa propre énergie, sa propre agriculture et même de recycler ses déchets.

Figure 8. a : L’écologie industrielle de la Ville de Kalundborg, Copenhague.

Figure 8. a : L’écologie industrielle de la Ville de Kalundborg, Copenhague.

Source : Gulipac, 2016

Figure 8. b : Le système du ReGen Villages, Almere, Pays-Bas.

Figure 8. b : Le système du ReGen Villages, Almere, Pays-Bas.

Source : www.effekt.dk

32Le biomimétisme est ici considéré comme un moyen d’accroitre la durabilité d’un projet architectural. Imiter des principes d’un écosystème peut être incorporé dans la conception dès les premières étapes de la conception et utilisé comme un outil d’évaluation tout au long du processus de conception comme décrit dans la charte du biomimétisme 2007 et dans Zari (2007).

33Quel que soit le niveau de mise en œuvre du biomimétisme, il existe des stratégies fréquemment observées dans la nature et qui sont à la base de la persistance des écosystèmes. Ces stratégies sont à considérer lors de l’application de la démarche biomimétique dans un processus de conception architecturale.

Cadre du biomimétisme en architecture

34Les exemples présentés dans la section précédente montrent que la méthode traditionnelle en biomimétisme architectural relève d’une approche interdisciplinaire associant biologie et architecture. Cette méthode, initialement appelée « Bau-Bionik », a été inventée en 2003 par le biologiste Werner Natchtigall et un architecte nommé Göran Pohl (Nachtigall, 2003). En tant que résultat d’efforts combinés entre les deux disciplines, la méthode traduit les principes de ce qui peut être utilisé pour comparer nature et architecture. Mais la principale question qui se pose est de savoir comment la biologie peut être utilisée comme source d’inspiration et comment la traduire en solutions architecturales.

35Le problème est que la nature ne peut pas être directement copiée. On doit faire attention à ne pas effectuer d’interprétation trop directe (Pohl, 2015). Les inspirations de la nature pour l’architecture ne fonctionnent pas si elles ne sont pas correctement abstraites à travers un travail interdisciplinaire. Natchtigall définit l’approche du biomimétisme pour l’architecture et le design comme un processus en trois étapes : Recherche → Abstraction → Implémentation (Nachtigall, 2010).

36En observant le processus cognitif de la conception biomimétique, l’identification et l’abstraction sont les principales et les plus difficiles étapes dans un projet biomimétique (Speck, 2008). Il existe deux difficultés, pour un architecte, que nous définissons par deux transitions : 1. Que regarder dans la nature ? et 2. Comment interpréter les principes de la nature en tâche de conception ?

37La figure 9 distingue dans le processus deux transitions et trois sections principales : la recherche de la base biologique, l’abstraction des résultats et la mise en œuvre dans la conception et la technologie.

Figure 9. Les deux transitions du biomimétisme en architecture : Identifier/Interpréter et Abstraire/Transférer les stratégies de la nature dans la conception.

Figure 9. Les deux transitions du biomimétisme en architecture : Identifier/Interpréter et Abstraire/Transférer les stratégies de la nature dans la conception.

38Au regard de ces deux transitions, il est possible de distinguer deux postures d’usage du biomimétisme en architecture : une posture indirecte, dans laquelle l’architecte réutilise des outils innovants, issus de travaux biomimétiques, généralement en informatique, et une posture dans laquelle l’architecte intègre directement une activité biomimétique dans son processus de conception architecturale.

Biomimétisme indirect dans une activité de conception architecturale

39Dans plusieurs activités de conception architecturale bio-inspirées, les architectes se construisent des méthodes de conception donnant naissance à des formes et des procédés techniques qui peuvent être complètement différents de ce qu’on trouve dans la nature. Ces méthodes de conception s’appuient généralement sur des techniques informatiques, comme par exemple des systèmes de particules, des algorithmes génétiques ou encore des systèmes multi-agents dont le fonctionnement est bio-inspiré.

40L’informatique bio-inspirée est un champ de recherche qui se décompose en sous-champs incluant le connexionnisme, le comportement social et l’émergence. Il est proche de l’intelligence artificielle ou de la vie artificielle, et en rapport avec les champs de la biologie, des sciences informatiques et des mathématiques. Brièvement, il s’agit de créer des algorithmes innovants pour résoudre des problèmes connus, comme des problèmes d’optimisation par exemple, en s’inspirant de phénomènes observés dans la nature.

41Le paragraphe suivant présente l’utilisation d’un algorithme biomimétique capable de concevoir un réseau de transport optimisé entre différentes villes tout en tenant compte d’un certain nombre de caractéristiques (population, points d’intérêt, pannes éventuelles sur le réseau, etc.).

Cas d’étude : Un algorithme biomimétique. Une moisissure gluante inspire la conception des réseaux de transport

42Tout commence au début des années 2000 lorsqu’une équipe de chercheurs japonais et hongrois découvre qu’une sorte de moisissure gluante appelée Physarum Polycephal est capable de retrouver son chemin dans un labyrinthe (Nakagaki et al., 2000). Cette moisissure semble faire preuve d’intelligence et capable d’explorer son environnement afin de trouver les plus courts chemins vers des sources de nourriture (Nakagashi et al., 2004). Sur la base de ces observations, un algorithme est construit, qui imite le comportement du Physarum Polycephal : le Physarum Solver (Atushi et al., 2005). Cet algorithme est capable de trouver un chemin optimal dans un réseau et s’avère être plus efficace que les algorithmes classiques lorsque le nombre de nœuds du réseau est très important.

43Cet algorithme stupéfiant peut par exemple résoudre des problèmes d’optimisation d’un réseau de transport (figure 10). Comment relier des villes en un minimum de lignes avec un maximum d’efficacité, c’est-à-dire en tenant compte de la densité de population, de la géographie, d’éventuels pannes ou accidents qui peuvent survenir sur le réseau, etc. ? Il a été testé dans plusieurs villes et pays : le réseau de rues de New York, le réseau ferroviaire au Japon ou encore d’autres réseaux de transport à Mexico ou en Chine (Mahadevan, 2015). Il est clair que ce type d’algorithme peut être utilisé par des urbanistes ou des architectes pour concevoir, par exemple, des réseaux de distribution optimisés et résilients (énergie, eau, etc.).

Figure 10.a : Le comportement du Physarum Polycephal observé dans une boîte de Pétri et le modèle mathématique bio-inspiré du comportement exploratoire du Physarum Polycephal.

Figure 10.a : Le comportement du Physarum Polycephal observé dans une boîte de Pétri et le modèle mathématique bio-inspiré du comportement exploratoire du Physarum Polycephal.

Source : Adamatzky, 2015

Figure 10.b : Le réseau de transport à Mexico développé par le Physarum Solver.

Figure 10.b : Le réseau de transport à Mexico développé par le Physarum Solver.

Source : Mahadevan, 2015.

44La figure suivante décrit un processus de conception architecturale possible issu d’une collaboration entre informaticiens et architectes.

Figure 11. Les étapes d’un processus de conception biomimétique indirect.

Figure 11. Les étapes d’un processus de conception biomimétique indirect.

45Le cadre unique de la conception biomimétique ne concerne pas directement le domaine architectural. Il produit une innovation (optimisation) dans le domaine de l’informatique, mais il ne peut créer aucune innovation ou durabilité dans le domaine de l’architecture.

46Il est clair que dans un tel processus, ce sont les algorithmes utilisés qui sont innovants car conçus dans une approche biomimétique entre informaticiens et biologistes. L’architecte, en réutilisant ces algorithmes, produit une architecture optimisée mais pas nécessairement innovante. C’est pourquoi nous avons qualifié ce processus de conception biomimétique indirecte.

Biomimétisme direct dans une activité de conception architecturale

47Le cas présenté ci-dessous, à la différence du précédent, présente une collaboration directe entre l’architecte et le biologiste. L’activité de conception collaborative consiste à concevoir des formes ou des procédés techniques en opérant une transposition des formes naturelles ou des procédés techniques naturels vers la forme ou le procédé technique architectural.

Cas d’étude : L’architecture suit la nature. Les principes biomimétiques pour la conception innovante

48L’architecte Ilaria Mazzoleni, en collaboration avec la biologiste Shauna Price, cherche à instiller une nouvelle façon de penser l’architecture en vue de lui appliquer des principes biologiques. Elle se focalise sur l’analyse des manières dont des organismes se sont adaptés à différents environnements et traduit ces principes appris dans l’environnement bâti. Pour illustrer la méthodologie, Mazzoleni tire l’inspiration de la diversité des enveloppes des animaux, qu’on associe généralement à la peau, et les applique à la conception des enveloppes de bâtiments à travers l’étude de douze cas (Mazzoleni, 2013). L’architecte identifie quatre principes de propriétés des peaux animales en vue de les appliquer dans la conception des enveloppes de bâtiments : 1. communication, 2. thermorégulation, 3. équilibre hydrique, et 4. protection.

49La figure suivante présente le projet « Peau poreuse » utilisant la peau de l’hippopotame (H. amphibius) comme modèle pour la protection solaire, la perméabilité et la régulation thermique.

Figure 12 : Le projet « Peau Poreuse » fondé sur le contrôle des apports de lumière du jour et le contrôle de la température.

Figure 12 : Le projet « Peau Poreuse » fondé sur le contrôle des apports de lumière du jour et le contrôle de la température.

Source : Mazzoleni, 2013.

Cas d’étude : Enveloppe bio-inspirée. Biomimétisme pour l’adaptation de l’enveloppe d’un bâtiment à son environnement

50L’architecte Lidia Badarnah collabore avec des biologistes et des biophysiciens pour élaborer une méthodologie et des outils biomimétiques en vue de concevoir des enveloppes bio-inspirées pour l’architecture (Badarnah, 2012). Elle explore les stratégies d’adaptabilité de plantes et d’animaux à leur environnement (figure 13) et a ainsi identifié trois stratégies d’adaptabilité : 1. Adaptation physiologique, 2. Adaptation morphologique, et 3. Adaptation comportementale (Badarnah, 2017). Ces travaux montrent que la collaboration interdisciplinaire entre architectes et scientifiques permet l’identification des convergences fonctionnelles pour différents défis environnementaux dans les bâtiments et dans la nature. L’identification de ces convergences fonctionnelles facilite la recherche de stratégies pertinentes qui soient transférables en architecture.

Figure 13. Exemple des variations morphologiques des cactus comme réponse adaptative aux caractéristiques particulières de leur environnement.

Figure 13. Exemple des variations morphologiques des cactus comme réponse adaptative aux caractéristiques particulières de leur environnement.

Source : Badarnah, 2017.

51La figure suivante décrit un processus de conception architecturale possible issu d’une collaboration entre architectes et biologistes.

Figure 14. Les étapes d’un processus de conception biomimétique direct. Le cadre unique de la conception biomimétique concerne directement le domaine architectural. Il produit une innovation et durabilité dans le domaine de l’architecture.

Figure 14. Les étapes d’un processus de conception biomimétique direct. Le cadre unique de la conception biomimétique concerne directement le domaine architectural. Il produit une innovation et durabilité dans le domaine de l’architecture.

52Il s’agit ici d’un processus de conception biomimétique directe car il y a une collaboration effective entre architectes et biologistes, ces derniers accueillant avec grand intérêt l’idée de développer ce type de collaborations.

53Le biomimétisme direct semble donc pouvoir conduire à des innovations, mais son usage dans l’architecture pose toutefois de grandes difficultés car une collaboration avec des biologistes est nécessaire et le temps de maturation est long. Ce qui est concevable dans l’industrie pour fabriquer un nouveau produit l’est beaucoup moins en architecture, étant donné le temps généralement limité accordé à la conception d’un projet. Toutefois, l’industrie ayant développé des outils pour accompagner des processus de conception biomimétiques, on peut se demander dans quelle mesure ils sont utilisables en architecture.

Outils pour le biomimétisme

54Comme nous l’avons vu, le biomimétisme en tant que transfert des stratégies de la biologie vers d’autres disciplines est un champ de recherche émergent qui a conduit à la définition de concepts significatifs durant les dix dernières années. Le développement de tels concepts est décrit par un processus biomimétique comprenant plusieurs étapes. Cependant, pour surmonter les défis et faciliter le parcours des différentes étapes, des outils ont été développés dans divers domaines, comme l’ingénierie, l’informatique et la conception industrielle (Fayemi et al., 2016). Dans l’article « Biomimetics and its tools » (Fayemi et al., 2016), les chercheurs présentent un panorama exhaustif de quarante-trois outils identifiés qui facilitent le processus de conception biomimétique. Les plus utilisés sont AskNature, Functional modeling, Natural language analysis, IDEA-Inspire software, SAPPHIRE model, TRIZ et BioTRIZ.

55AskNature11 est une base de données en ligne destinée à inspirer les ingénieurs et concepteurs ainsi que d’autres innovateurs à la recherche d’informations issues de la biologie qui soient pertinentes pour leurs défis de conception (Deldin, 2014). AskNature est une base de données publique contenant des informations en biologie classées par fonctions regroupées dans une taxonomie biomimétique. Elle permet d’établir un pont entre la biologie et des domaines variés innovants (Hooker, 2016). AskNature peut aider à identifier des stratégies de la nature.

56Natural language analysis est une méthode pour la génération et le classement de mots-clefs significatifs en vue de marier biologie et ingénierie (Chiu et Shu, 2007).

57Functional modeling est un modèle développé par Nagel (Nagel et al., 2010), qui renferme la représentation de systèmes biologiques utilisant des modèles fonctionnels pour faciliter le transfert entre la biologie et l’ingénierie.

58IDEA-Inspire (Chakrabarti et al., 2005) est conçu pour faciliter et stimuler l’idéation par des inspirations biologiques et le modèle SAPPHIRE est destiné à faire comprendre les systèmes biologiques (Sartori et al., 2010).

59BioTRIZ est une fusion entre le biomimétisme et la méthode d’innovation TRIZ (Glier et al., 2011). Lors de l’utilisation de TRIZ, les concepteurs décrivent un problème de conception comme une contradiction entre différentes exigences. La matrice de contradiction développée dans TRIZ permet de découvrir quels principes innovants pourraient résoudre le problème. L’approche BioTRIZ (Vincent et al., 2006) propose une nouvelle matrice de contradictions basée sur des phénomènes biologiques comme un moyen de stimuler le transfert entre la biologie et l’ingénierie. BioTRIZ est développé à l’université de Bath, en Angleterre par Nikolay et Olga Bogatyrev, biologistes russes, ainsi que par le professeur Julian Vincent. Cette méthode s’inscrit comme un outil d’éco-innovation (Chen et Yang, 2011). BioTRIZ est basé sur l’analyse de 500 phénomènes biologiques et 270 fonctions offertes par la nature. La méthode BioTRIZ est structurée de façon similaire à TRIZ avec une matrice de contradiction fondée sur seulement six grands principes : substance, structure, espace, temps, énergie et information, ce qui rend la méthode plus facile d’utilisation. BioTRIZ constitue donc une approche intéressante pour implanter des concepts biomimétiques dans la conception de produits (Glier et al., 2011).

60La figure 15 suivante présente des utilisations possibles pour faciliter le parcours de différentes étapes d’un processus de conception biomimétique.

Figure 15. Utilisations possibles d’outils dans la pratique. Des outils peuvent être choisis pour certaines étapes du processus biomimétique pour faciliter les tâches correspondantes.

Figure 15. Utilisations possibles d’outils dans la pratique. Des outils peuvent être choisis pour certaines étapes du processus biomimétique pour faciliter les tâches correspondantes.

Adapté de Fayemi et al., 2016

61Une autre voie consiste à étudier le processus de génération de concepts innovants et bio-inspirés à l’aide de cadres théoriques mieux établis comme celui de la méthode C-K (Salgueiredo, 2013).

Théorie C-K

62La méthode C-K (Hatchuel et Weil, 2003) se présente également comme une méthode innovante de conception ou de résolution de problèmes par la mise en relation de concepts (C) et de connaissances (K) pour générer des directions de conception novatrices et inattendues. La méthode C-K formalise un processus de conception comme une forme spécifique de raisonnement qui permettra de faire naître un concept encore inconnu basé sur des connaissances connues. Le langage permet d’exprimer l’idée conçue et peut être utilisé à divers niveaux allant d’une formalisation mathématique à une simple taxonomie (Reich et al., 2012). Par exemple, le projet de recherche piloté par le constructeur automobile Renault pour la génération de concepts de véhicules décarbonés vise dans un premier temps à mieux structurer l’utilisation de l’outil « biomimétisme » plutôt que de l’utiliser dans son approche actuelle (Salgueiredo, 2016).

Figure 16. Modèle général C-K pour la conception bio-inspirée.

Figure 16. Modèle général C-K pour la conception bio-inspirée.

Cette figure est une adaptation du modèle présenté par Freitas Salgueiredo et Hatchuel (2014, 2016).Source : Salgueiredo, 2016.

63Comme le montre la figure 16 ci-dessus, une analyse avec C–K permet de décrire le processus de conception bio-inspirée en quatre étapes (Salgueiredo, 2016) :

  1. Identification de chemins de conception pour lesquels la bio-inspiration pourrait apporter des ruptures potentielles.

  2. Identification de bases de connaissances biologiques avec des propriétés intéressantes. Ces propriétés contribuent à partitionner des chemins de conception « bloqués ». Cette étape peut être la première dans les cas où les connaissances biologiques sont à l’origine du processus de conception bio-inspirée.

  3. Exploration et révision des connaissances traditionnelles et des connaissances biologiques.

  4. Retour vers les connaissances traditionnelles pour le développement du chemin de conception bio-inspirée.

64Les théories TRIZ et C-K sont utilisables en conception innovante afin de générer des innovations dites « de rupture » avec les approches actuelles. Le biomimétisme s’inscrit dans cette vision et peut donc aisément s’associer à ces méthodes comme source d’inspiration pour répondre aux attentes des écoconcepteurs.

65Les outils présentés ci-dessus ont été décrits dans la littérature scientifique et sont utilisés par des ingénieurs dans l’industrie, mais ne le sont pas encore en conception architecturale. Certains d’entre eux pourraient être inclus dans une plateforme que nous envisageons de développer, dont la section suivante présente les principaux aspects.

Une plateforme pour le biomimétisme en architecture

66Un des leviers qui pourrait faciliter et développer l’innovation en architecture à travers le biomimétisme est la mise en place d’une plateforme d’échange et de coopération interdisciplinaire entre architectes, biologistes et informaticiens. Celle-ci mettrait à disposition des architectes des outils d’accompagnement dans le processus de conception biomimétique. Cette plateforme comporterait des outils d’initiation au biomimétisme ainsi que des outils facilitant les étapes d’identification et de transfert d’un processus de conception biomimétique (figure 17).

Figure 17. Hypothèse : l’usage de cette plateforme d’outils faciliterait la collaboration interdisciplinaire entre architectes et biologistes au niveau des étapes d’identification et d’abstraction des principes de la nature et pour les transférer vers la conception architecturale.

Figure 17. Hypothèse : l’usage de cette plateforme d’outils faciliterait la collaboration interdisciplinaire entre architectes et biologistes au niveau des étapes d’identification et d’abstraction des principes de la nature et pour les transférer vers la conception architecturale.

67Des outils présentés dans la section précédente ou similaires pourraient faire partie de cette plateforme. Toutefois, certains comme AskNature par exemple sont encore trop génériques pour aider à déterminer la bonne stratégie adaptée à un domaine particulier comme l’architecture. D’autres outils devraient être adaptés à la conception architecturale comme BioTRIZ ou la méthode C-K. Des outils supplémentaires pourraient aussi être développés sur des problématiques architecturales ciblées comme les économies d’énergie par exemple. Dans ce cadre, nous suggérons l’implémentation de deux outils supplémentaires destinés à la phase d’identification des stratégies : une ontologie qui permettrait de structurer la connaissance entre architecture et biologie et un outil d’aide à la décision multicritères qui aiderait à choisir la stratégie de la nature à adopter. Ces outils pourraient s’appliquer à différentes échelles du projet, à savoir : 1) le développement d’un matériau innovant, 2) la spécification de composants d’un projet tel qu’une portion de façade, ou 3) dans le cadre d’une stratégie plus globale qui serait celle de l’enveloppe ou l’adaptabilité d’un projet par exemple (Chayaamor-Heil et Hannachi-Belkadi, 2017).

Une ontologie pour la conception architecturale biomimétique

68Par analogie au terme philosophique désignant l’étude des propriétés générales des êtres, une ontologie en informatique est une modélisation terminologique des concepts, de leurs propriétés et des relations qu’ils entretiennent pour un domaine donné. Les ontologies sont destinées à modéliser des connaissances d’un domaine dans un format structuré permettant à des programmes informatiques de les utiliser et de raisonner sur elles.

69L’objectif de l’ontologie biomimétique de la plateforme serait de décrire les relations entre des concepts de la biologie et des concepts de l’architecture. Il s’agit des formaliser les connaissances entre la biologie et la conception architecturale selon leurs concepts communs et les phénomènes qui interagissent avec leurs conditions environnementales (figure 18).

Figure 18. Une ontologie qui mettrait en relation les connaissances issues de l’architecture et celles issues de la biologie.

Figure 18. Une ontologie qui mettrait en relation les connaissances issues de l’architecture et celles issues de la biologie.

Source : Chayaamor-Heil et Hannachi-Belkadi, 2017.

70Il existe plusieurs ontologies développées pour le biommimétisme, parmi lesquelles Ontology explorer, un outil Internet pour identifier les modèles biologiques et explorer une base de données biomimétique. Ontology of biomimetics est une ontologie de fonctions biologiques, qui fait référence à quarante principes innovants de TRIZ, Ontology for bioinspired design, elle permet de récupérer et réutiliser des solutions de conception bio-inspirées basées sur l’association de l’architecture (physique), le comportement, les fonctions et stratégies (Fayemi et al., 2016). Toutes ces ontologies sont destinées à l’industrie et l’ingénierie. L’ontologie que nous proposons de développer mettrait en relation les connaissances issues de l’architecture et celles issues de la biologie. Cette ontologie se veut dans un premier temps spécialisée dans le domaine de l’énergie dans le bâtiment et pourrait par la suite être élargie à d’autres domaines tels que la gestion de l’eau, la structure, etc.

Un outil d’aide à la décision

71L’outil d’aide à la décision multicritères sur lequel nous travaillons actuellement est destiné aux architectes et ingénieurs. Il se veut à la fois un outil d’information et un outil d’aide au choix des stratégies de la nature les plus adaptées à des besoins et aux particularités d’un projet. Sont concernés dans notre cas la performance énergétique, l’optimisation de l’utilisation de la matière et l’adaptabilité du projet aux changements pouvant survenir dans son environnement (usage et autres). À partir de données fournies en entrée par l’architecte sur le climat du site du projet architectural, sur les fonctions souhaitées (isolation, protection solaire...) et sur leur fonctionnement (fixe, adaptatif...). Par exemple, le système peut proposer des éléments de la nature dont les stratégies seraient les plus à même d’être transférées dans le projet architectural (peau d’hippopotame pour le rafraichissement, peau de serpent pour se protéger…). Pour chacune de ces stratégies, une fiche d’information décrivant son intérêt, des exemples ou des potentialités d’exploitation dans le bâtiment seraient accessibles dans une base de données (voir une ontologie) alimentée par des experts de la question. Cette base de données devra intégrer les différentes stratégies qui peuvent être associées à un élément de la nature.

Figure 19. Présentation de la structure d’un outil d’aide à la décision, qui peut aider les architectes à utiliser des stratégies de la nature de manière plus applicable.

Figure 19. Présentation de la structure d’un outil d’aide à la décision, qui peut aider les architectes à utiliser des stratégies de la nature de manière plus applicable.

Source : Chayaamor-Heil et Hannachi-Belkadi, 2017.

72Cet outil est basé sur les réseaux bayésiens (Naïm et al., 2007). Un réseau bayésien est un modèle probabiliste de connaissances permettant d’associer des causes à des effets. Le premier intérêt des réseaux bayésiens est qu’ils peuvent être utilisés dans des domaines où la connaissance n’est pas explicite et difficile à contrôler. Ils permettent de mettre en relation des éléments d’information sur le projet qui pourraient apparaître indépendants. Le second intérêt des réseaux bayésiens est qu’ils peuvent être utilisés dans les deux directions : la propagation du bas vers le haut permettra aux utilisateurs de l’outil d’identifier des informations sur les domaines (isolation d’été ou d’hiver, la ventilation par exemple), pour lesquels une stratégie peut être utilisée, et éventuellement de s’informer sur les contraintes liées à ces stratégies ou les problèmes qu’ils peuvent susciter sur d’autres postes tel que le confort par exemple (figure 20).

Figure 20. La propagation de bas en haut permet d’identifier le potentiel de l’utilisation de la peau de la girafe comme stratégie d’isolation et les contraintes que cela impliquerait sur le projet en termes de structure, sa pertinence par rapport au type d’opération et au confort (été/hiver).

Figure 20. La propagation de bas en haut permet d’identifier le potentiel de l’utilisation de la peau de la girafe comme stratégie d’isolation et les contraintes que cela impliquerait sur le projet en termes de structure, sa pertinence par rapport au type d’opération et au confort (été/hiver).

Source : Chayaamor-Heil et Hannachi-Belkadi, 2017.

73La propagation de haut en bas permet aux utilisateurs d’identifier les stratégies de la nature les plus adaptées pour répondre à un besoin particulier (isolation ou ventilation) dans un environnement particulier, et les difficultés ou incompatibilités que ces stratégies peuvent avoir avec d’autres postes, le confort par exemple. En rouge (et à 100 %) nous pouvons identifier les choix d’entrées parmi les attributs proposés, qui sont à la fois les stratégies de conception et d’autres informations tels que des contraintes constructives ou un type d’opérations (figure 21).

Figure 21 : La propagation de haut en bas permet choisir quelle stratégie de la nature est la plus pertinente pour une isolation d’hiver en construction neuve et pour une structure lourde.

Figure 21 : La propagation de haut en bas permet choisir quelle stratégie de la nature est la plus pertinente pour une isolation d’hiver en construction neuve et pour une structure lourde.

Source : Chayaamor-Heil et Hannachi-Belkadi, 2017.

74Le troisième point fort des réseaux bayésiens est l’apprentissage qu’il est possible de mettre en œuvre à deux niveaux pour parfaire le modèle graphique (les variables et les relations entre variables) et pour alimenter les tables de probabilités grâce à des bases de données résultantes de retours d’expériences ou des ontologies.

Conclusion

75Il s’agissait dans cet article de présenter un état du développement du biomimétisme en architecture et de montrer son potentiel en matière d’innovation. Nous avons décrit les méthodes habituellement proposées pour le biomimétisme et, sur la base de cas d’étude, montré qu’il existe plusieurs postures possibles pour concevoir de l’architecture bio-inspirée : une approche indirecte selon laquelle l’architecte réutilise des outils conçus avec des méthodes biomimétiques, et une approche directe selon laquelle l’architecte participe à l’activité biomimétique en collaboration avec des biologistes. Cette dernière posture semble être plus à même de produite de l’innovation en architecture.

76Le caractère pluridisciplinaire de la méthode biomimétique, le temps que requiert la phase d’identification d’un phénomène naturel susceptible d’être transféré en architecture et les difficultés pour traduire ce phénomène dans l’architecture rendent une activité de conception biomimétique très chronophage. Ces activités de conception biomimétique ne sont réalisées, pour la plupart d’entre elles, que dans le cadre de recherches.

77Pour faciliter l’usage du biomimétique en architecture, nous proposons le développement d’une plateforme numérique de collaboration entre architectes, biologistes, ingénieurs et informaticiens mettant à disposition plusieurs outils d’assistance : des bases de données sur la biologie, des outils d’idéation et d’innovation basés sur des ontologies biomimétiques ainsi que des outils d’aide à la décision et à l’optimisation. Pour développer cette plateforme, il s’agit désormais pour nous d’expérimenter les différents outils susceptibles d’en faire partie afin d’en identifier les possibilités et les limites pour la conception architecturale et de les adapter si nécessaire. Il faudra ensuite identifier les relations possibles entre ces outils, afin de construire une méthodologie de conception biomimétique capable de produire des innovations en architecture en vue de répondre aux enjeux du développement durable.

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Notes

1 [http://icd.uni-stuttgart.de].

2 L’élytre est une aile rigide qui sert de protection aux ailes souples des coléoptères volants.

3 [www.fosterandpartners.com].

4 [www.esplanade.com].

5 [www.marinabaysands.com].

6 [www.mickpearce.com].

7 [www.anthonybechu.com].

8 [www.symbiosis.dk].

9 [www.regenvillages.com].

10 [www.effekt.dk].

11 [http://asknature.org].

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Table des illustrations

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Légende Source : Knippers et al., 2015.
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Titre Figure 5.a : Le Swiss Re Headquarter inspiré par la Corbeille de fleurs de Vénus.
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Titre Figure 5.b : l’Esplanade Théâtre inspiré par la peau des fruits du Durian.
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Fichier image/jpeg, 112k
Titre Figure 5.c : l’Artscience Museum inspiré par la fleur de lotus.
Légende Source : http://homeklondike.site
URL http://journals.openedition.org/craup/docannexe/image/309/img-8.jpg
Fichier image/jpeg, 328k
Titre Figure 6.a : Le système de ventilation de la termitière.
Légende Source : Illustrations de Daniel Gallant/Foundry Zero
URL http://journals.openedition.org/craup/docannexe/image/309/img-9.jpg
Fichier image/jpeg, 260k
Titre Figure 6.b : Application du fonctionnement de la termitière à la ventilation naturelle de l’Eastgate Building.
Légende Source : Adapté du travail de Mick Pearce.
URL http://journals.openedition.org/craup/docannexe/image/309/img-10.jpg
Fichier image/jpeg, 108k
Titre Figure 7.a : Système de régulation thermique des pingouins empereurs.
Légende Source : Asknature
URL http://journals.openedition.org/craup/docannexe/image/309/img-11.jpg
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Titre Figure 7.b : District 11, centre d’innovation de Skolkovo en Russie.
URL http://journals.openedition.org/craup/docannexe/image/309/img-12.jpg
Fichier image/jpeg, 28k
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Titre Figure 9. Les deux transitions du biomimétisme en architecture : Identifier/Interpréter et Abstraire/Transférer les stratégies de la nature dans la conception.
URL http://journals.openedition.org/craup/docannexe/image/309/img-15.png
Fichier image/png, 6,2k
Titre Figure 10.a : Le comportement du Physarum Polycephal observé dans une boîte de Pétri et le modèle mathématique bio-inspiré du comportement exploratoire du Physarum Polycephal.
Légende Source : Adamatzky, 2015
URL http://journals.openedition.org/craup/docannexe/image/309/img-16.jpg
Fichier image/jpeg, 108k
Titre Figure 10.b : Le réseau de transport à Mexico développé par le Physarum Solver.
Légende Source : Mahadevan, 2015.
URL http://journals.openedition.org/craup/docannexe/image/309/img-17.jpg
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Titre Figure 11. Les étapes d’un processus de conception biomimétique indirect.
URL http://journals.openedition.org/craup/docannexe/image/309/img-18.jpg
Fichier image/jpeg, 500k
Titre Figure 12 : Le projet « Peau Poreuse » fondé sur le contrôle des apports de lumière du jour et le contrôle de la température.
URL http://journals.openedition.org/craup/docannexe/image/309/img-19.png
Fichier image/png, 216k
Légende Source : Mazzoleni, 2013.
URL http://journals.openedition.org/craup/docannexe/image/309/img-20.png
Fichier image/png, 73k
Titre Figure 13. Exemple des variations morphologiques des cactus comme réponse adaptative aux caractéristiques particulières de leur environnement.
Légende Source : Badarnah, 2017.
URL http://journals.openedition.org/craup/docannexe/image/309/img-21.png
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Titre Figure 14. Les étapes d’un processus de conception biomimétique direct. Le cadre unique de la conception biomimétique concerne directement le domaine architectural. Il produit une innovation et durabilité dans le domaine de l’architecture.
URL http://journals.openedition.org/craup/docannexe/image/309/img-22.png
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Titre Figure 15. Utilisations possibles d’outils dans la pratique. Des outils peuvent être choisis pour certaines étapes du processus biomimétique pour faciliter les tâches correspondantes.
Légende Adapté de Fayemi et al., 2016
URL http://journals.openedition.org/craup/docannexe/image/309/img-23.png
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Titre Figure 16. Modèle général C-K pour la conception bio-inspirée.
Légende Cette figure est une adaptation du modèle présenté par Freitas Salgueiredo et Hatchuel (2014, 2016).Source : Salgueiredo, 2016.
URL http://journals.openedition.org/craup/docannexe/image/309/img-24.png
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Titre Figure 17. Hypothèse : l’usage de cette plateforme d’outils faciliterait la collaboration interdisciplinaire entre architectes et biologistes au niveau des étapes d’identification et d’abstraction des principes de la nature et pour les transférer vers la conception architecturale.
URL http://journals.openedition.org/craup/docannexe/image/309/img-25.png
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Titre Figure 18. Une ontologie qui mettrait en relation les connaissances issues de l’architecture et celles issues de la biologie.
Légende Source : Chayaamor-Heil et Hannachi-Belkadi, 2017.
URL http://journals.openedition.org/craup/docannexe/image/309/img-26.png
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Titre Figure 19. Présentation de la structure d’un outil d’aide à la décision, qui peut aider les architectes à utiliser des stratégies de la nature de manière plus applicable.
Légende Source : Chayaamor-Heil et Hannachi-Belkadi, 2017.
URL http://journals.openedition.org/craup/docannexe/image/309/img-27.png
Fichier image/png, 133k
Titre Figure 20. La propagation de bas en haut permet d’identifier le potentiel de l’utilisation de la peau de la girafe comme stratégie d’isolation et les contraintes que cela impliquerait sur le projet en termes de structure, sa pertinence par rapport au type d’opération et au confort (été/hiver).
Légende Source : Chayaamor-Heil et Hannachi-Belkadi, 2017.
URL http://journals.openedition.org/craup/docannexe/image/309/img-28.png
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Titre Figure 21 : La propagation de haut en bas permet choisir quelle stratégie de la nature est la plus pertinente pour une isolation d’hiver en construction neuve et pour une structure lourde.
Légende Source : Chayaamor-Heil et Hannachi-Belkadi, 2017.
URL http://journals.openedition.org/craup/docannexe/image/309/img-29.png
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Pour citer cet article

Référence électronique

Natasha Chayaamor-Heil , François Guéna  et Nazila Hannachi-Belkadi, « Biomimétisme en architecture. État, méthodes et outils », Les Cahiers de la recherche architecturale urbaine et paysagère [En ligne], 1 | 2018, mis en ligne le 30 janvier 2018, consulté le 16 juillet 2018. URL : http://journals.openedition.org/craup/309 ; DOI : 10.4000/craup.309

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Auteurs

Natasha Chayaamor-Heil 

Architecte et docteur en stratégie biomimétique pour la conception et l’innovation en architecture, Natasha Chayaamor-Heil est chercheur au MAP-MAACC UMR 3495 CNRS/MCC. Ses recherches se concentrent sur l’exploration de plusieurs méthodes innovantes pour traduire des principes de la nature et les mettre en œuvre dans la conception architecturale.
Natasha Chayaamor-Heil et Nelson Montas, « Biomimetic Building skin: Living Envelope for Contemporary Architecture », The power of Skin, ARKRIT&COMPAC, Madrid, Spain, 2016.
Natasha Chayaamor-Heil et Nazila Hannachi-Belkadi, « Towards a Platform of Investigative Tools for Biomimicry as a New Approach for Energy-Efficient Building Design », Building Journal, vol.7, issue 1, 6 mars 2017, Switzerland, MDPI AG, Basel.
Natasha Chayaamor-Heil, « Biomimicry: optimization strategy from nature towards sustainable solutions for energy-efficient building design », SB-Lab 2017: Proceedings of the International Conference on Advances on Sustainable Cities and Buildings Development, Green Lines Institute, Portugal, 2017.
natasha.heil@outlook.com

François Guéna 

Architecte, docteur et habilité à diriger des recherches en informatique, François Guéna est professeur à l’Ecole Nationale Supérieur d’Architecture de Paris la Villette. Il dirige l’équipe de recherche MAACC de l’UMR MAP 3495 CNRS/MCC où il encadre des travaux de recherche sur l’activité de conception architecturale.
Louis Vitalis et François Guéna, « Narrer pour concevoir, concevoir pour narrer. Enjeux épistémologiques croisés », Revue française des sciences de l’information et de la communication [en ligne], 10 | 2017, mis en ligne le 08 février 2017, consulté le 29 décembre 2017. URL : http://journals.openedition.org/rfsic/2603 ; DOI : 10.4000/rfsic.2603.
T. Zedin, F. Guéna F. et O. Marchand, « La mécatronique dans le processus de conception des outils de construction : la mesure au sein d’un continuum numérique », Actes du 7séminaire de Conception architecturale numérique, Toulouse, Presses universitaires de Nancy, 2016.
J. Silvestre, F. Guéna et Y. Ikeda, « Edition-Oriented 3D Model Rebuilt from Photography. Living Systems and Micro-Utopias: Towards Continuous Designing », Proceedings of the 21st International Conference on Computer-Aided Architectural Design Research in Asia (CAADRIA 2016), Melbourne 30 mars-2 avril 2016, 2016, pp. 445-454.
francois.guena@paris-lavillette.archi.fr

Nazila Hannachi-Belkadi

Architecte et docteur en génie urbain, Nazila Hannachi-Belkadi est maître-assistante l’Ecole Nationale Supérieur d’Architecture de Paris la Villette et chercheure au MAP-MAACC UMR 3495 CNRS/MCC. Ses recherches se concentrent sur le développement d’outils pour la conception et l’évaluation des bâtiments durables et performants énergétiquement. Elle travaille sur la prise en compte des usages lors de la conception de ces bâtiments et s’intéresse également au biomimétisme comme source d’inspiration et d’innovation.
Nazila Hannachi-Belkadi, « Les réseaux bayesiens : une solution pour une conception de bâtiments économes en énergie adaptée et/ou adaptable aux différents usagers », 8e Journées francophones sur les réseaux bayésiens et les modèles graphiques probabilistes (JFRB 2016), Clermont Ferrand, 27- 28 juin 2016.
Natasha Chayaamor-Heil et Nazila Hannachi-Belkadi, « Towards a Platform of Investigative Tools for Biomimicry as a New Approach for Energy-Efficient Building Design », Building Journal, vol.7, issue 1, 6 mars 2017, Switzerland, MDPI AG, Basel. 

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