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La conception biomimétique en architecture

Objet scientifique :

Ces recherches se concentrent sur la méthodologie et l’approche du biomimétisme pour la conception architecturale. Nous procèdons à l’étude de différentes méthodes d’innovation, à l’aide des nouvelles technologies et des outils numériques, afin d’abstraire et de transférer les principes du vivant et les phénomènes de la nature en trois niveaux ; 1. Imiter les formes, 2 Imiter les fonctions et les processus, et 3. Imiter les écosystèmes). Après avoir étudié ces méthodes, nous effectuons plusieurs études de cas en utilisant la méthodologie biomimétique pour améliorer et résoudre les problèmes dans les conceptions architecturales. Par exemple, comment peut-on se servir de biomimétisme pour produire de l’énergie passive pour nos bâtiments ? Comment utiliser le biomimétisme pour construire des structures plus efficaces ? Et Comment utiliser le biomimétisme pour le développement durable etc.

Le fondamental du biomimétisme :

La démarche biomimétique :

Si nous considérons le processus de conception biomimétique dans son ensemble, de l’idée initiale au produit final, deux démarches ont été identifiées. La première démarche 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). La 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). 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.

Les niveaux du biomimétisme en architecture :

Les processus de conception biomimétique en architecture font apparaitre 3 niveaux d’imitation possibles : le niveau de l’organisme, du comportement ou de l’écosystème. Le 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.
Le 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. Le troisième niveau est l’imitation d’un écosystème entier et des principes qui lui permettent de remplir les fonctions avec succès.
A l’intérieur de chacun de ces 3 niveaux, 5 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).

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

Context et Problématique :

La nature représente une source d’inspiration inestimable de solutions innovantes dans de nombreux domaines. En septembre 2015 le conseil économique social et environnemental émet un avis intitulé « Le biomimétisme : s’inspirer de la nature pour innover durablement ». 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. Malgré les nombreuses recherches sur le sujet, les exemples d’architectures biomimétiques construites sont toutefois encore rares.
La conception architecturale biomimétique est une activité difficile à mettre en œuvre. 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 et nécessite une collaboration étroite entre biologistes et architectes.

Figure 3. Les deux transitions du biomimétisme en architecture : Identifier/Interpréter et Abstraire/Transférer les stratégies de la nature dans la conception.

Le problème est que la nature ne peut pas être directement copiée. On doit faire attention à ne pas effectuer d’interprétation trop directe. 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 3 étapes : Recherche→Abstraction→Implémentation.
En 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. Il existe deux difficultés, pour un architecte, que nous définissons par 2 transitions : 1. Que regarder dans la nature ? et 2. Comment interpréter les principes de la nature en tâche de conception ?

Notre objectif est de réaliser de telles études en vue de développer une plateforme comportant des outils d’information et d’initiation au biomimétisme ainsi que des outils facilitant les étapes d’identification et de transfert d’un processus de conception architectural biomimétique. Des outils présentés ci-dessus ou similaires pourraient faire partie de cette plateforme :
1. Des outils comme AskNature par exemple pour rechercher dans la nature des stratégies. Toutefois nous pensons que ces outils sont trop génériques pour aider à déterminer la bonne stratégie adaptée à un domaine particulier comme l’architecture.
2. Des outils comme BioTRIZ ou C-K pour assister le transfert d’une stratégie de la nature vers l’architecture mais ces outils sont à adapter à la conception architecturale.
Nous proposons dans cette recherche de développer la plateforme en se limitant dans un premier temps à des problématiques architecturales ciblées sur les économies d’énergie. Dans ce cadre nous proposons l’implémentation de deux outils : un destiné à la phase d’identification des stratégies de la nature et un autre destiné à la phase de transfert de ces stratégies en architecture.

Hypothèse : l’usage de cette Plateforme d’outils facilite 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

Voir en ligne : CEEBIOS : Centre Européen d’Excellence en Biomimétisme de Senlis

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