Transition écologique

La ville biomimétique, la ville de vie(s) et d’avenir ?

Le Centre Européen d’études et d’expertises en Biomimétisme (Ceebios) a publié en février 2020 un rapport visant à appréhender et encourager le développement de projets urbains bio-inspirés sur le territoire français. Il présente l’approche biomimétique appliquée à l’architecture : observer les stratégies de la nature pour résoudre des problèmes et s’en inspirer pour mettre au point des solutions efficaces et plus écologiques. Courant architectural encore émergent mais en pleine expansion, il représente une opportunité inédite pour repenser l’écosystème urbain.
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La ville, un écosystème fragile et fortement dépendant des écosystèmes naturels

Avec 2 milliards de personnes de plus dans les grandes villes en 2050, l’ONU estime que plus des deux tiers de la population mondiale (68%) habitera en milieu urbain contre à peine plus d’une personne sur deux actuellement (55%) et moins d’une sur trois en 1950.[1] En particulier la poursuite de la croissance démographique dans les villes exigera l’allocation de ressources et services supplémentaires dans les zones urbaines comme le déclare l’ONU : « De nombreux pays devront relever des défis pour répondre aux besoins de leurs populations urbaines en croissance, y compris pour le logement, les transports, les systèmes énergétiques et autres infrastructures, ainsi que pour l’emploi et les services de base tels que l’éducation et les soins de santé ».

Depuis les années 1950, les villes se sont étalées en consommant toujours plus de sols. En France, les aspirations de la société (accession à la propriété privée, attrait pour l’habitat individuel, etc.) et les politiques publiques (aide à l’accession à la propriété, investissements dans les infrastructures de transports périurbaines, etc.) ont en partie contribué à la poursuite de l’étalement urbain : la superficie des grandes aires urbaines (au sens de l’Insee) a augmenté de près de 40% pour couvrir près de la moitié du territoire en 2008 contre un tiers dix ans auparavant[2].

Simultanément à l’artificialisation on a observé une sous-utilisation croissante de l’espace urbain se caractérisant par :  

  • Une artificialisation nouvelle peu corrélée au besoin d’accueil de populations, avec une densité des constructions faible et un mitage important : les nouvelles surfaces artificialisées sur la période 2005-2013 se situent pour plus de 40 % en discontinuité des constructions existantes.[3]
  • Une progression de la vacance de logements et de commerces : l’augmentation du nombre de logements vacants représente près du quart des logements supplémentaires construits en 2015, et le taux de vacance commerciale moyen, maintenu à 7% jusqu’en 2015, atteint 10% en 2018, limite considérée comme critique, en touchant majoritairement les centres-villes (62%) ; ils étaient 10% en 2001.[4]
  • Un rythme soutenu de nouvelles constructions de zones commerciales, notamment en périphérie des villes : plus de 4 millions de m² de surfaces commerciales autorisées en 2018 dont plus de 85% des projets concernent la périphérie. [5]

Or les impacts environnementaux et économiques de l’artificialisation sont multiples. Parmi ces impacts on peut citer :

  • La dégradation des sols (perte des propriétés physiques, fonctions productives et services) intensifiant par exemple les risques d’inondations et de santé publique (pics de pollutions).
  • La dégradation de la biodiversité réduisant la capacité des écosystèmes naturels à fournir des services d’approvisionnement (alimentation, matières premières industrielles, etc.), de régulation (climat, inondation, etc.)
  • L’augmentation des émissions directes et indirectes de gaz à effet de serre via par exemple une moindre capacité des sols à séquestrer du carbone et un allongement des distances qui favorise les modes de déplacements individuels.
  • L’accroissement du coût socio-économique pour la collectivité (coûts de réparation des dommages aggravés par l’artificialisation, coûts de dépollution, dépenses en équipements publics, etc.). Ce coût est appelé à s’accroître compte-tenu des impacts du changement climatique actuellement observés sur l’environnement et sur la qualité de vie.

Très largement étudié par les acteurs porteurs de l’alerte au changement global, le modèle de développement urbain est en train de se transformer pour minimiser ses impacts sur les écosystèmes, le climat et la société. Il s’agit notamment d’apprendre à aménager et à gérer la ville autrement, en encourageant « la transformation des modes de vie vers des comportements de consommation et des stratégies de productions urbains plus durables et résilients ».

Architecture biomimétique : vers la conception de villes résilientes

« Repenser le bâtiment et les aménagements urbains sous l’angle du biomimétisme fait partie des leviers de l’éco-conception dans le bâtiment »

O.Scheffer, Directeur Général de l’Institut pour la Transition énergétique Nobatek/Inef4

 

Apparu dans les années 1980, le terme biomimétisme - du grec bios (la vie) et mimesis (imitation) – désigne une nouvelle science qui étudie la nature en vue de l’imiter ou de s’en inspirer pour mettre au point des formes, matériaux ou procédés innovants. En prenant la nature comme modèle, le biomimétisme s’inscrit dans une « démarche d’innovation faisant appel au transfert et à l’adaptation des principes et stratégies élaborés par les organismes vivants et les écosystèmes, afin de produire des biens et des services de manière durable, et rendre les sociétés humaines compatibles avec la biosphère ».[6]

Le biomimétisme, par la compréhension et l’imitation des écosystèmes vivants, constitue un des leviers pour innover dans différents domaines, et en particulier pour repenser les villes.  Pensées comme des écosystèmes naturels, elles pourront s’autoalimenter et n’utiliser que ce dont elles ont besoin : production énergétique in situ, utilisation optimale des ressources locales, circularité des flux (matière, énergie, information), etc.

En particulier, le secteur du bâtiment est confronté à un nécessaire besoin d’innovation pour répondre aux enjeux du développement durable. En 2015, le Conseil économique social et environnemental a émis un avis intitulé « Le biomimétisme : s’inspirer de la nature pour innover durablement » (Ricard, 2015). Il suggère de s’intéresser à l’approche biomimétique pour réussir les transitions énergétique et écologique. Si le champ des applications du biomimétisme est vaste et varié, l’architecture apparaît comme un des domaines d’application prometteurs. L’avis fait ainsi état d’une activité de conception architecturale émergente bio-inspirée et capable de répondre aux enjeux environnementaux actuels, en réduisant l’empreinte des bâtiments sur l’environnement et en agissant pour la préservation de la biodiversité.

Plusieurs initiatives ont été engagées depuis une dizaine d’années pour encourager et promouvoir le biomimétisme dans plusieurs pays. En France, le CEEBIOS (Centre Européen d’études et d’expertises en Biomimétisme) a été créé en 2012 et a pour mission de favoriser le développement du biomimétisme en menant diverses actions de sensibilisation, de recherche, de formation et de mise en relation des acteurs de différents domaines.   

En tant que structure d’intérêt général, le CEEBIOS participe à la structuration et à la mise en œuvre d’une « Feuille de route nationale du biomimétisme ». En particulier, l’association travaille actuellement à la réalisation d’un « cahier des charges du projet urbain bio-inspiré » pour accompagner et conseiller les acteurs engagés dans un projet d’aménagement durable.  Dans ce cadre, elle a publié en février 2020 un rapport visant à encourager le développement de projets urbains bio-inspirés sur le territoire et à considérer l’architecture biomimétique comme stratégie pour repenser l’écosystème urbain.

Vers l’architecture biomimétique (p.8)

Considérant depuis longtemps la nature comme source d’inspiration, l’architecture est largement bio-inspirée. Les auteurs reviennent dans ce chapitre sur plusieurs types d’architectures dont les concepts convergent vers le biomimétisme :

  • Architecture vernaculaire

Type d’architecture propre à un territoire, un pays, une aire ou une culture donnés à une époque donnée

  • Architecture solaire

Type d’architecture profitant au mieux du rayonnement solaire pour les besoins de chauffage ou de climatisation

  • Architecture écologique

Type d’architecture ayant pour préoccupation de concevoir une architecture respectueuse de l’environnement et de l’écologie et étant vecteur de santé et de bien-être.

  • Architecture organique

Type d’architecture reposant sur une conception qui vise à intégrer complètement le bâtiment dans son environnement « naturel », et considérant qu’il devrait se comporter comme un organisme vivant.

  • Architecture biomorphique

Type d’architecture reposant sur une conception influencée par la nature et les formes organiques (animal, végétal) sans nécessairement une prise en compte au départ de l’enjeu écologique.

  • Architecture japonaise

L’architecture japonaise traditionnelle, en considérant notamment la nature pour sa dimension spirituelle, permettrait l’équilibre entre l’architecture et la nature.  

 

Le biomimétisme pour repenser la ville (p.10)

Cette seconde section se concentre sur le cadre théorique et l’application du biomimétisme en architecture. Après une présentation des « propriétés du vivant », elle dévoile les différentes approches à partir desquelles il devient possible de décrire une conception de « l’architecture biomimétique » ou « régénérative ».

Les processus de conception biomimétique en architecture font ainsi apparaître trois niveaux d’imitation du vivant possibles : 

  1. Imitation de l’organisme : reproduction d’un être spécifique (plante, animal), et dont la forme peut être imitée dans son intégralité ou en partie
  2. Imitation du comportement : reproduction d’une dimension fonctionnelle pouvant traduire un aspect du comportement de l’organisme ou l’ensemble de son comportement, y compris sa relation avec le contexte au sens large
  3. Imitation de l’écosystème : il s’agit d’imiter les interactions diverses entre espèces qui engendrent les services écosystémiques et rendent les écosystèmes durables, fonctionnels et résilients face aux changements  

La notion de service écosystémique renvoie à la valeur des écosystèmes, et de la nature en général, compte tenu de leur capacité à fournir à l’humanité des biens et services nécessaires à son bien-être et à son développement (production de l’oxygène de l’air, épuration naturelle des eaux, séquestration naturelle du carbone, etc.).  

L’Evaluation des écosystèmes pour le Millénaire distingue quatre types de services écosystémiques rendus par les systèmes vivants :

  1. Les services de support (ou de soutien) sont les services nécessaires à la production de tous les autres services écosystémiques en créant les conditions de base au développement de la vie sur Terre. Exemple: Formation des sols (apports et renouvellement des nutriments), Conservation de la biodiversité, etc.
  2. Les services d’approvisionnement sont les services, potentiellement commercialisables, que les populations retirent des écosystèmes. Exemples : alimentation, eau, ressources médicinales, matières premières, etc.
  3. Les services de régulation sont des services permettant de modérer ou de réguler les phénomènes naturels pour maintenir les conditions favorables à la vie sur Terre. Exemples : régulation du climat, de la qualité de l’air, des risques naturels, des maladies, etc.
  4. Les services culturels sont les « bénéfices non-matériels » rendus par les écosystèmes à l’humanité. Exemples : valeurs esthétiques, spirituelles, récréatives, etc.

Le questionnement des liens entre services écosystémiques et adaptation urbaine au changement climatique appelle d’une part à identifier les principes et stratégies des écosystèmes et d’autre part à les transposer au secteur du bâtiment, notamment vers la conception architecturale.  Le biomimétisme, comme l’écoconception ou l’économie circulaire, apparaît comme un levier pour une conception innovante et durable.

Structures et enveloppes bio-inspirées : pionniers et projets emblématiques (p.15)

Parmi les exemples emblématiques, les auteurs citent Antonio Gaudi, Richard Buckminster Fuller et Otto Frei, pionniers en matière d’architecture biomimétique pour l’optimisation des formes et l’allègement des structures.

Antonio Gaudi (1852 – 1926), pionnier du biomimétisme et du design moderne il s’est largement inspiré de la nature pour réaliser son œuvre en général et la Sagrada Familia en particulier, avec notamment l’idée de s’inspirer des arbres pour construire ses piliers.

 

Des exemples de bâtiments et de quartiers bio-inspirés en France et à l’international sont également présentés à la fin de ce rapport, ainsi que les principaux travaux de R&D en France pour l’intégration et le développement du biomimétisme dans le secteur.

La ville de Senlis (Hauts-de-France) a lancé un programme de développement, afin de porter l’élan du biomimétisme en France. Installé sur le site d’une ancienne caserne militaire, le Centre Européen d’Excellence en Biomimétisme de Senlis (CEEBIOS) est « un lieu destiné à encourager et faciliter la pluridisciplinarité, les collaborations croisées entre disciplines scientifiques, mais aussi intersectorielles, à sortir des silos, et surtout à considérer le vivant, l’environnement, l’écologie non plus comme une contrainte ou un stock fini de matières mais comme une source inépuisable d’inspirations et de solutions pour un développement durable, c’est-à-dire un avenir non seulement souhaitable, mais possible. »

 

Pour aller plus loin :

 

[1] World Urbanization Prospects : The 2018 Revision (base de données démographiques), Division de la population, Département des Affaires économiques et sociales des Nations Unies (ONU), 2019.

[3] Albizzati C. Poulhes M., Sultan Parraud J., 2017. Caractérisation des espaces consommés par le bâti en France métropolitaine entre 2005 et 2013, Insee Références, édition 2017, pp 73-85

[4] Fédération pour la promotion du commerce spécialisé Procos Palmarès 2018 des centres-villes commerçants les plus dynamiques, 2018.

[6] Janine Benyus, auteur de l’ouvrage Biomimicry : Innovation Inspired by Nature, 1997.

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Publiée le 17.03.2020 - Modifié le 17.03.2020
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(Source : Projet urbain bio-inspiré, CEEBIOS)
De droite à gauche et de haut en bas : 1. Shibam au Yémen entièrement auto-construite (©traveladventures.org / ©Boris Kester). 2.Intérieur de maison traditionnelle japonaise (©Kanazawa City /©JNTO). 3.Maison sur la cascade, architecte Frank Lloyd Wright (domaine publique). 4. Détail du toit de la Sagrada Familia, architecte Antonio Gaudi (CC SBA73).