Que fait le biomimétisme dans l’architecture ?
Pour illustrer nos propos nous avons choisis de vous présenter l’Eastgate Building..
Eastgate Building Stade Olympique de Munich
Eastgate
Building
Construit en 1996 par l’architecte Mick PEARCE, l’Eastgate Building se situe à Harare Zimbabwe (Afrique).
Cet architecte né à Harare en juin 1938, diplômé de l’Architectural Association School of Architecture de Londres en 1962, il est en effet connu pour s’être inspiré des méthodes de thermorégulation en usage dans les termitières !
On peut examiner des termitières surtout en Afrique. Elles font une hauteur de 6 à 8 mètres et ont un diamètre pouvant s’étendre jusqu’à 30 mètres de circonférence.
Malgré l’aspect fragile de ces espèces de cheminées, la structure est bien solide. Elle est composée d’un mélange de terre et de salives des termites. L’ensemble ayant séché au soleil est alors extrêmement résistant.
La façon dont la termitière est érigée lui permet de conserver une température constante. Ce « bâtiment » est en permanence ventilé pour que les habitants puissent survivre dans des endroits très chauds.
La termitière dans son milieu, contribue au développement de l’écosystème. Comme elle est humivore et source de richesses organique, elle contribue ainsi à entretenir le sol de la savane.
En 1997, on a découvert au Tchad (Afrique), la plus grosse termitière connue à ce jour. Elle aurait trois à sept millions d’années et son réseau s’étend sur un hectare. Aujourd’hui, elle est fossilisée.
Le bâtiment fait une surface de 9313 m². Il a une structure construite en brique et en béton, qui sont deux matériaux possédant une forte capacité thermique. En effet, les matériaux absorbent la fraîcheur de la nuit et la restitue la journée. Inversement, la nuit lorsque l’air extérieur est plus frais que celui de l’intérieur, les murs diffusent la chaleur récoltée pendant la journée, réchauffant ainsi le bâtiment. Les cycles se succèdent, alternant chaleur et fraîcheur.
LA DECOUVERTE DE CE SYSTEME :
Un groupe de chercheurs a été fasciné par ce système de ventilation naturel. Ils étaient convaincus que cette méthode pourrait s’appliquer aux habitations humaines. Or avant d’être à même de transposer ce système dans notre architecture, ils devaient d’abord connaître l’architecture complexe des termitières.
Pour comprendre la thermorégulation d’une termitière, il est nécessaire de savoir comment, structure et fonction, sont intégrées dans cette architecture complexe. Ceci peut se faire en capturant sa géométrie 3D. Ainsi, la structure intérieure complète a été analysée grâce à une machine à trancher et numériser fonctionnant nuit et jour sans discontinuer pendant 2 mois.
Grâce aux capacités de modelage 3D puissantes de Mimics ( logiciel de modélisaton 3D haute précision), les chercheurs ont pu reconstruire un monticule de termitière complet. Cela a permis une compréhension claire de la structure interne de la termitière. D’autres analyses permettront de décomposer le système de ventilation naturelle dans ces monticules.
COMMENT FONCTIONNE-T-IL ?
Lorsque l’air se réchauffe la journée, il est amené vers le haut du bâtiment où il est évacué par 48 grandes cheminées. Ce processus est accéléré plusieurs fois dans la journée à l’aide de ventilateurs pour gagner en efficacité.
Le système de ventilation du bâtiment, unique en son genre et très ingénieux, permet une excellente rentabilité énergétique puisque ce bâtiment à la climatisation passive consomme 90% de moins que la moyenne.
Mais sur quoi repose ce processus ? En effet ce phénomène ce repose sur le principe du flux thermique. Le flux thermique est le transfert d’énergie interne réalisé entre deux corps en contact. Du corps le plus chaud vers le corps le plus froid, ce qui entraine une égalisation des températures.
Afin de montrer les flux d’air chaud et froid ayant lieu dans les termitières et dans l’Eastgate Building, nous avons réalisé une expérience mettant en évidence les déplacements de l’air dus aux différences de température.
Ce phénomène inspiré des termitières permet la construction de bâtiments sans climatisation centrale et donc sans consommer d’énergie. C’est une méthode peu coûteuse. L’Eastgate Building, grâce à la démarche durable de son architecte est un exemple pour son faible impact écologique et l’intelligence de son biomimétisme. Les références innovantes de l’architecte au monde naturel et l’efficacité de son système à l’échelle humaine font de ce bâtiment un archétype de bâtiment biomimétique ayant réussi le pari de garantir un faible impact environnemental. L’Eastgate a été conçu en privilégiant la masse thermique du bâtiment, comme la termitière est directement induite par des contraintes climatiques et la volonté d’établir une ventilation passive.
S’inspirer de la nature permet donc de bien innover durablement ! Le biomimétisme est donc un facteur rentrant dans l’avancement du développement durable. Mais un seul exemple n’est pas suffisant pour consolider nos propos, nous avons donc choisi de vous présenter un deuxième exemple où le biomimétisme entre dans la constitution :
Stade Olympique de Munich
Ainsi nous vous présentons :
Ce stade Olympique qui est situé à Munich en Allemagne dans le parc Olympique de Munich au nord de la ville. Il a été construit pour les jeux olympiques de 1972. Il peut contenir plus de 69 250 places, avec une aire d’attente privée de 9 290 m2.
Les architectes GÜNTER BEHNISCH et FREI OTTO ont réalisés la construction de ce stade en fonction des plans de GÜNTHER BEHNISH qui avait gagné le concours d’architecture, dans lequel il fallait imaginer la structure du future.
Ces deux hommes ont utilisés les caractères physiques et chimiques de toiles d’araignées pour construisent le stade olympique de Munich !
Tout d’abord, les araignées sont des chasseuses invertébrées. Elles sont dotées de huit pattes. Leurs yeux peuvent être simples ou multiples. Elles sécrètent de la soie (une solution protéinée synthétisée par des glandes généralement situées à l’extrémité de l’abdomen), qui sert à produire le fil qui leur permet de se déplacer, de tisser leur toile ou des cocons emprisonnant leurs proies afin qu’elles puissent se nourrir, protéger leurs œufs ou petits, de faire une réserve provisoire de sperme ou un dôme leur permettant de stocker de l’air sous l’eau douce.
Nous nous inspirons de l’araignée et particulièrement de sa toile pour sa forme et pour 3 critères bien distincts :
Tout d’abord, certaines espèces d’araignées tissent des toiles ressemblant à des voiles posés sur des buissons. La toile tient grâce à des fils étirés, attachés aux bords du buisson ou de brins d’herbe. Elle reste soutenue, même avec de fortes contraintes par rapport à son poids. Ce système de support de charges permet à l’araignée de tisser sa toile sur une grande distance tout en ne négligeant pas sa résistance ce qui favorise l’expansion sans négliger la qualité du tissage. Cette technique a été imitée par l’homme pour la construction de nombreuses structures afin de recouvrir de vastes superficies comme le stade olympique de Munich.
Pour imiter ces toiles d’araignées, les architectes utilisent des câbles en acier à la place des toiles d’araignées et réalisent des toits dont l’ossature légère est recouverte d’une fine membrane posée comme le stade d’Argentine (en Amérique) qui utilise aussi ce système.
Grâce à ce système inspiré des araignées, ces bâtiments dit moderne avec leurs membranes, ont des toitures qui présentent des avantages comme la légèreté. En effet cette toiture constituée d’une membre et de câbles d’acier est beaucoup plus légère qu’une charpente traditionnelle .
Suite à cet avantage de légèreté cette structure en toile n’est pas soumise à de grande force et donc favorise une grande solidité et fermeté.
Par la suite, des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) aux États-Unis ont établis un rapport dans lequel en cas de choc ou de problèmes de causes naturelles les structures inspirées des araignées ont une grande capacité de résistance qui permet de préserver la majorité de la construction.
C’est-à-dire que si une partie de la toiture est détruite ou endommagée, comme pour les toiles d’araignées, les autres zones de la toile ne sont pas fragilisées et non pas besoin d’être réparées, ou d’en rebâtir de nouvelles.
Ces recherches ont étaient effectuées car de grands nombres de bâtiments se sont effondrés comme le stade Sultan Mizan Zainal Abidin (Malaisie) dont l’un de ces côtés s’est effondré, que l’on peut voir grâce à une vue aérienne, moins d’un an après sa construction en Malaisie, le 2 juin 2009. Tant bien que même la toiture de ce dernier soit en acier et béton, elle s’est tout de même effondrée. Quand on sait qu’une simple toile d’araignée peut résister à des vents de 60km/h sans se briser, on ne peut que remettre en question ses propres matériaux de construction.
Pour finir, le dernier avantage de ce style de structure, est la rapidité c’est-à-dire que la construction de toiture en toile est plus rapide donc moins lente, avec des économies d’énergies, de matière et de temps !
Mais aussi ce style de structure est beaucoup plus sécuritaire par rapport à des charpentes traditionnelles !
Donc cette innovation tirée des toiles d’araignées a permis à plusieurs bâtiments de plus ou moins grande superficie, de voir le jour à travers le monde associant la sécurité à l’économie !
Le Biomimétisme 