Résistance, Sécurité, Optimisation

      Commençons dans cette première sous partie avec ce que le biomimétisme fait de mieux, ce dans quoi il performe, ce que l’humain recherche le plus : des structures très résistantes, une sécurité pour les utilisateurs toujours grandissante, et cela en utilisant le moins de matériaux possible. Le désir d’optimisation tant recherché de nos jours va puiser sa source dans la nature, qui sait se réguler, s’adapter à son environnement et s’acclimater. Que demander de mieux ?    

    

      De nombreux exemples sont à mettre à l’appui concernant ces différents sujets de réflexion. La façon dont sont enroulés en spirale les racines et la plupart des arbres de montagne va être un réel avantage dans le sens où ce tressage va apporter de la résistance. Les cordes de chanvre, qui reprennent clairement ce modèle, mais aussi les ponts suspendus dont les fils vont être enroulés de manière à ce que le pont soit tendu de façon adéquate, prouvent la résistance et la sécurité ainsi apportées.

    

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Enroulement et tressage inspirés de la nature

      Cependant, cet exemple de l’arbre bien que très utile, n’est qu’infime par rapport à ce que va pouvoir apporter par exemple l’araignée avec sa toile résistante. Contrairement à ce que l’on pourrait penser au premier abord, la structure d’une toile d’araignée est très solide et peut même étonnement résister à des vents de 60km/h sans se briser. Plusieurs facteurs sont déterminants dans la solidité et la résistance de cette toile d’araignée, notamment au niveau des propriétés mécaniques. La résistance à la rupture en traction va correspondre à la force qu’il faudra employer en tirant sur le fil avant qu’il ne casse. Les comportements mécaniques vont déterminer cette même résistance, comme l’élasticité. La micro-structure d’un fil d’araignée va notamment jouer un rôle énorme dans sa résistance, de nombreux ingénieurs en matériaux et structures essayent de s’en inspirer de nos jours. Ces toiles sont plus résistantes que l’acier (en utilisant moins de matière brute proprement dit). Elles sont plus souples que le nylon, sont très légères et s’étirent grâce à leur élasticité. La toile d’araignée sera aussi résistante chimiquement parlant. 

      Pour montrer tous les avantages que pourrait avoir la toile d’araignée en étant utilisée dans les villes durables, nous allons les comparer grâce au tableau ci-dessous qui recense les matériaux souvent utilisés dans certaines constructions, et qui pourraient être remplacés par la soie d’araignée en utilisant sa structure et certaines de ses propriétés.

 

 

 

          

     

    

 

 

 

 

 

 

 

 

      Si la soie d’araignée est solide, elle le doit surtout à deux composants protéinées : la fibroïne et la séricine. La séricine va donner la couleur à la soie, et va envelopper et souder la fibroïne, tandis que cette dernière va donner la solidité à la toile d’araignée.

      Ces conditions réunies vont amener les solutions pour avoir une structure beaucoup plus résistante, et déjà optimisée par la nature. Aujourd’hui, beaucoup de constructions s’inspirent de la toile d’araignée et de sa structure qui peut ainsi couvrir de grandes aires avec peu de matériaux (exemple du stade Olympique de Munich qui va imiter cette structure du fil d’araignée). Ce stade a été conçu en 1970 par un architecte très novateur, Otto Frei. Comme les araignées le font lorsqu’elles tissent leurs toiles, cette architecte va prendre appui sur des mâts pour tendre de façon optimale des câbles d’acier qui vont retenir des panneaux de PVC (recouverts de plexiglas) qui vont constituer la membrane. Ce système de support avec des mâts va permettre à la structure de s’étirer sur une distance conséquente tout en gardant la résistance voulue, telle une toile d’araignée. 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Stade olympique de Munich, on remarque les mâts servant de support, et les câbles d'acier s'inspirant de la toile d'araignée

 

      La vision d’Otto Frei est déjà très novatrice, puisque le stade a été conçu avant même que le biomimétisme ne soit « réinventé » dans les années 1990 par Janyne Benyus. Comme l'a dit cette scientifique spécialiste du biomimétisme, « Nous construisons trop. Nous gaspillons l'espace, la terre, la matière, l'énergie. Nous continuons à construire des bâtiments non naturels comme aux temps passés. Notre époque demande plus de légèreté, d'économie d'énergie, de mobilité, d'adaptabilité, en un mot des constructions plus naturelles sans négliger les besoins de protection et de sécurité".    

    Le centre commercial "Fiera Milano" de Milan reprend la structure de la toile d’araignée. Le toit est soutenu par une structure métallique une nouvelle fois faite de câbles d’acier, tandis que la membrane est constituée de verre. On remarque de nombreux avantages : ce toit est beaucoup plus léger et nécessite donc moins de matériaux, et est moins fragile que d’autres types de toits. Des édifices comme ceux-ci peuvent être associés à d’autres types de biomimétisme, notamment avec les vitres aux surfaces auto-nettoyantes, ou encore la reproduction de la photosynthèse, qui sont deux arguments qui pourraient participer à un centre commercial autonome. Cela permettrait d'optimiser l'esthétisme et la résistance.

 

  

Toit du centre commercial "Fiera Milano"

 

      Dans cette même idée de structures et d’architectures résistantes, et donc plus sécuritaires, parlons maintenant d'un modèle inspiré d’un insecte : l’abeille. Nous allons voir ce que l’habitat de ces abeilles (la ruche) a de particulier et en quoi on peut parler de structure sécuritaire. La ruche est en effet d’une efficacité remarquable. Grâce à sa structure en alvéoles, l’obtention d’une grande solidité et surtout d’une grande stabilité seront faciles même si peu de cire est utilisée pour sa formation. Il faut savoir que les nids d’abeilles sont vides à 95%, ce qui va démontrer les qualités de ces structures alvéolaires. On va pouvoir parler d’efficacité dans le sens où ces structures et leurs parois vont absorber tous les chocs qu’elles reçoivent, les vibrations constituant un danger à leur échelle. Avec l’usage de structures similaires à notre échelle, la création de bâtiments résistants aux tremblements de terre (de magnitude modérée) serait donc possible dans certaines zones de danger. Des exemples de bâtiments s’inspirant des ruches d’abeilles ont déjà été modélisés par le bio-architecte belge Vincent Callebaut qui va, tout en se servant de la stabilité et de la solidité des structures, optimiser la place dans ces bâtiments.

    Résidence étudiante, en forme de ruche d'abeilles.

 

      Pour finir dans cette partie des innovations biomimétiques durables à forte résistance et aux structures renforcées, nous allons parler du modèle de l’éponge de mer, également réputée pour ses propriétés structurales. Tout comme la soie d’araignée ou les nids d’abeilles, ces éponges de mer peuvent apporter de réelles solutions pour des conceptions architecturales dans une ville durable. Les éponges de mer sont constituées de verre naturel (le biosilice). On les trouve actuellement dans les profondeurs des océans où elles peuvent servir d’abri aux crevettes. Leur solidité est due aux micro-fibres de verre qui la constituent et qui sont toutes reliées entre elles. Ces fibres sont incassables. L’utilisation du treillage (arêtes spirales placées en diagonale) est aussi remarquable afin d’obtenir une structure toujours plus solide. D’un point de vue architectural, ce système d’arêtes permet d’éviter le cisaillement de la structure afin que celle-ci ne s’effondre pas. Encore une fois, des architectes ont repris la structure des éponges de mer pour créer des bâtiments :  la "tour Gherkin" située à Londres et construite en 2004, ou la "Hearst Tower" située à Charlotte aux États-Unis.

                                                                                                                                             

 

 

                          Éponge de mer                                    La tour Gherkin (à gauche) et la Hearst Tower (à droite)