Énergies et ressources

      Passons maintenant à d’autres formes d’innovations biomimétiques durables en lien avec les énergies et les ressources, qui sont un des gros enjeux auxquels nous allons devoir répondre dans un futur très proche. La nature est une nouvelle fois d’un soutien indispensable, encore faut-il la remarquer pour s’en servir. 

    

      Nous allons tout d’abord revenir sur  notre exemple du nid d’abeilles qui n’a pas seulement des propriétés résistantes, mais qui possède également des qualités au niveau de la régulation de la température dans la ruche. Cette structure se doit aussi de laisser passer la lumière du soleil, pour obtenir une luminosité optimale. Ces deux facteurs sont indispensables au bon fonctionnement de la ruche, pour la création de miel et de cire. Une nouvelle fois, s’inspirer de la ruche d’abeilles permettrait d’obtenir des bâtiments dits « propres », utilisant peu d’énergie et se régulant tout seuls grâce à leur efficacité énergétique. Le projet de la "Sinosteel International Plaza" de Tianjin en Chine s'inspire de ce concept.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sinosteel International Plaza, Tianjin, Chine (Projet)

    

      Autre exemple précis d’innovation s’inspirant directement du vivant une nouvelle fois : la termitière. Cette innovation réside aussi dans la régulation de la température qui est cette fois beaucoup plus développée que celle de la ruche. La termitière est en effet un superbe exemple de régulation de température.

      Les termitières cathédrales, pouvant atteindre jusqu’à 8 mètres de hauteur, sont l’œuvre des termites africains. Ces termites vont construire leur habitat à l’aide de bois et de végétaux dans des régions où les écarts thermiques sont parfois très importants et fréquents. Pour leur survie, les termites ont donc construit un habitat « thermo-régulé », où la température sera assez fraiche en journée et chaude la nuit. Cette innovation pose bien des questions, les termites ne disposant pas des mêmes ressources énergétiques que nous. Grâce à la cheminée, l’air chaud issu de la chaleur du sol va s’évacuer tandis que des courants d’air frais vont s’infiltrer dans la termitière à l’aide de petites ouvertures. Les termites régulent aussi la température en bouchant ces mêmes ouvertures ou en en créant de nouvelles. Ce système est donc appelé "climatisation passive", basé sur les mouvements d’air que vont provoquer les écarts de température.

      Beaucoup d’architectes s’intéressent à ce principe de la termitière, mais un seul projet architectural a réellement abouti en reprenant ce système à Harare au Zimbabwe, en zone tropicale où les écarts de température sont conséquents. Ce bâtiment s'appelle "l'Eastgate Building" et a été construit en 1996. L'architecte qui ne devait pas utiliser d'air conditionné a alors décidé de reprendre le modèle de la termitière et de se servir particulièrement de galeries souterraines. L'ossature du bâtiment est construite à partir de béton et de briques permettant de stocker la chaleur accumulée durant la journée pour la "relâcher" le soir. 48 cheminées d'aération ont été installées sur le toit, ce qui permet de renouveler constamment l'énergie deux fois par heures durant la journée et dix fois par heure durant la nuit ! Dans le bâtiment, la température moyenne est de 25°C tandis que la température extérieure atteint souvent les 40°C. Les bénéfices énergétiques sont eux aussi très positifs, "l'Eastgate Building" économisant jusqu'à 90% d'énergie comparé à des bâtiments similaires au Zimbabwe. Et cela en prenant en compte le fait que les matériaux utilisés sont les mêmes que ceux des bâtiments comparés et que le coût de production est lui aussi similaire. Par ailleurs, le bâtiment n'étant plus dépendant des énergies extérieures (ou très peu), il n'est pas affecté par les fréquentes pannes d'électricité dans le pays. Les solutions apportées par les termitières et leurs applications sont donc très convaincantes et vont participer à une économie globale d'énergie, ce qui va donc contribuer à une ville "propre" qui se régule automatiquement.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L'Eastgate Center au Zimbabwe

     

      Toujours en restant dans la régulation de la température et du gain considérable d'énergie, nous allons nous intéresser à une nouvelle architecture, le "Singapore Arts Center" de Singapour. Ce bâtiment est inspiré de notre peau, de la fourrure, et plus particulièrement de celle de l'ours polaire qui a une réelle capacité à réguler les échanges de chaleur avec l'environnement extérieur. Grâce à sa fourrure et ses poils translucides, cet animal va laisser passer les rayons de soleil, ce qui va lui permettre de se chauffer. Sa fourrure est même parfois "trop efficace". Au dessus des 10°C, beaucoup d’ours polaires souffrent d’hyperthermie (corps atteignant une température trop élev). Ce bâtiment, à l'aide de sa surface recouverte de losanges d'aluminium, va imiter l'ours polaire. Ces losanges vont représenter les poils de la fourrure de cet ours, et vont jouer leur rôle. Grâce à des capteurs de lumière notamment, ces losanges vont s'orienter d'une certaine façon. Par exemple, lorsque le ciel est nuageux les losanges vont s'ouvrir afin de laisser passer le plus de lumière possible, permettant ainsi de chauffer le bâtiment. Au contraire, quand la température est importante à l’extérieur, les losanges vont se refermer pour laisser passer un minimum de lumière, et donc à maintenir une chaleur tout à fait supportable à l'intérieur du bâtiment.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Le Singapore Arts Center

 

      Nous pouvons remarquer que ces innovations nécessitent peu de matériaux, grâce notamment à un exemple récent s’inspirant de la nature : le stade olympique de Pékin appelé également "nid d’oiseau". Sa construction a été réalisée  uniquement grâce à un nouvel acier, le plus pur jamais développé en Chine, intégrant 36 kilomètres de pièces de liaisons se nommant des entretoises uniquement en acier. Sa conception a imité la structure des nids d’oiseaux pour protéger thermiquement l’intérieur du stade olympique tout en laissant pénétrer la lumière. Cette structure permet également de supporter un tremblement de terre. Comme un nid d’oiseau, la caractéristique principale de ce stade est sa très bonne isolation. En effet, si un nid d’oiseau n’est pas bien isolé, les oisillons à leur naissance n’auront pas l’espace vital qui leur est nécessaire, ce qui les gênera dans leur développement. Une des caractéristiques de cette architecture est son incroyable légèreté (42000 tonnes), ce qui est léger pour un stade d’une telle capacité (91000 personnes pouvant être accueillies). Cela va contraster avec la force optimisée de l’acier, c’est pourquoi on peut parler de structure anti-tremblement de terre. L’entrelacement des brindilles d’acier créant une surface unique est recouvert d’une membrane transparente (dite polymère) et ne laissant pas passer la pluie, ce qui fait donc office de toit très léger encore une fois. Cette membrane va permettre d’obtenir un meilleur confort dans le stade en réduisant les éblouissements (ou l’ombre), ce qui va être un avantage pour les athlètes (surtout dans certains sports) et les supporters présents. Ce stade mesure 69 mètres de haut et 320 mètres de large. Il filtre le froid et le vent tout en laissant passer la lumière du jour. Sa conception a été réalisée uniquement grâce au biomimétisme avec un coût raisonnable et sans l’utilisation de beaucoup de matériaux. Des innovations telles que celle-là apportent de réels avantages pour une ville durable.

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Le Nid d'oiseau à Pékin

 

      Autre aspect de cette partie consacrée aux innovations biomimétiques : le secteur des énergies et des ressources. Pour commencer, nous allons parler de la bioluminescence qui serait un des moyens permettant d’économiser l'énergie, et de participer petit à petit à une ville de plus en plus propre énergétiquement parlant. La bioluminescence va principalement économiser l’électricité. Très utilisée par les animaux des mers profondes, elle est en fait une réaction biochimique qui se produit entre une protéine (la luciférine) et une enzyme (la luciférase). Lorsque les deux se rencontrent, une oxydation de la luciférine se produit, ce qui va la faire passer d’un état stable à un état électriquement instable, voire excité ! En redevenant stable, la luciférine va émettre un photon qui va produire de la lumière bleue ou verte généralement. La bioluminescence est donc avant tout un camouflage face aux prédateurs.

    Pour l’instant, la lumière produite par la bioluminescence est encore trop insuffisante pour nous éclairer car pas assez puissante. Cependant, les scientifiques essaient de remédier à ce manque de puissance en modifiant le génome d’insectes pour augmenter la production d’enzymes. L’apparition d’arbres ou de toutes sortes de végétaux lumineux pourrait donc être envisageable dans nos villes durables pour éclairer les voies publiques. Exemple significatif : l’étude de l’abdomen des lucioles a permis d’augmenter de 65% la puissance lumineuse des LED, ce qui est considérable.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Schéma explicatif de la bioluminescence

 

      Nous pouvons continuer à nous servir de l’électricité dans une ville biomimétique, à condition que chacun la produise soi-même. On pense tout de suite aux panneaux solaires... OUI… mais NON ! Les panneaux solaires actuellement développés ne sont pas optimisés et ne permettent réellement aucun gain, ou très peu. Ils sont fabriqués à partir de silicium et sont très coûteux en énergie à la production et peu écologiques. Les panneaux solaires inspirés de la nature seraient eux au contraire beaucoup plus efficients et productifs. Ces panneaux solaires biomimétiques reproduiraient le phénomène de photosynthèse et pourraient être des panneaux solaires végétaux. Des molécules de type chlorophylle pourraient avoir un rendement énergétiques équivalant à 40% tandis que des cellules photovoltaïques ont un rendement équivalent à 15% en moyenne. Cette idée pourrait être adoptée sur les toits végétalisés que nous avons évoqués dans "le retour de la nature au cœur des villes". 

      Ces panneaux solaires, toujours par le biomimétisme, pourraient comme le font si bien les tournesols s’orienter vers le soleil en fonction de sa position pour capter le plus d’énergie possible.

      Toujours optimiser. Nous produisons une quantité d’énergie non négligeable grâce au système des éoliennes, mais qui est très réduite comparée aux énergies fossiles. Cependant, les éoliennes sont mal perçues dans leur environnement, notamment à cause de leur pollution sonore. Mais selon de récentes recherches, nous pourrions espérer obtenir beaucoup plus de l’éolien. Le modèle des baleines à bosses est très intéressant à ce sujet. Leurs nageoires composées de tubercules (bosses du bord de la nageoire) vont fortement réduire l'impact de leurs trainées d’environ 30%. Appliqué à une éolienne, les flux d’airs vont êtres canalisés, d’où la performance et l’optimisation dont les baleines à bosses sont le modèle. Les pales des éoliennes vont donc mieux pénétrer l’air pour créer le plus d’énergie possible, notamment grâce aux tubercules. Toutes sortes d’hélices peuvent donc utiliser ce procédé.

 

    

 

 

 

 

 

 

 

Une éolienne faite par ce procédé sera moins bruyante et plus efficace

 

      En ce qui concerne les ressources, l’exemple des scarabées est remarquable. Le scarabée de Namibie (Afrique du sud) n’a pas d’eau douce à proximité, un des problèmes récurrents en Afrique dans certaines zones. Ce scarabée s’hydrate grâce aux petites bosses sur son dos (qui sont hydrophobes) qui fonctionnent comme des filets collecteurs qui vont se déplier chaque matin pour collecter l’eau provenant du brouillard et atteindre les surfaces hydrophiles de son corps. Après observation, deux zoologues se sont aperçus qu’on pouvait adapter cette fonctionnalité à nos propres immeubles en récupérant l’eau du brouillard grâce à des filets collecteurs munis de capteurs et qui se placent en fonction du vent chaque matin.

Photo d'un scarabée de Namibie dont les bosses (sur le dos) pourraient inspirer de futurs bâtiments