71 L’outil d’aide à la décision multicritères sur lequel nous travaillons actuellement est destiné aux architectes et ingénieurs. Il se veut à la fois un outil d’information et un outil d’aide au choix des stratégies de la nature les plus adaptées à des besoins et aux particularités d’un projet. Sont concernés dans notre cas la performance énergétique, l’optimisation de l’utilisation de la matière et l’adaptabilité du projet aux changements pouvant survenir dans son environnement (usage et autres). À partir de données fournies
en entrée par l’architecte sur le climat du site du projet architectural, sur les fonctions souhaitées (isolation, protection solaire...) et sur leur fonctionnement (fixe, adaptatif...).
Par exemple, le système peut proposer des éléments de la nature dont les stratégies seraient les plus à même d’être transférées dans le projet architectural (peau d’hippopotame pour le rafraichissement, peau de serpent pour se protéger…). Pour chacune de ces stratégies, une fiche d’information décrivant son intérêt, des exemples ou des potentialités d’exploitation dans le bâtiment seraient accessibles dans une base de données (voir une ontologie) alimentée par des experts de la question. Cette base de données devra intégrer les différentes stratégies qui peuvent être associées à un élément de la nature.
Figure 19. Présentation de la structure d’un outil d’aide à la décision, qui peut aider les architectes à utiliser des stratégies de la nature de manière plus applicable.
Source : Chayaamor-Heil et Hannachi-Belkadi, 2017.
72 Cet outil est basé sur les réseaux bayésiens (Naïm et al., 2007). Un réseau bayésien est un modèle probabiliste de connaissances permettant d’associer des causes à des effets. Le premier intérêt des réseaux bayésiens est qu’ils peuvent être utilisés dans des domaines où la connaissance n’est pas explicite et difficile à contrôler. Ils permettent de mettre en relation des éléments d’information sur le projet qui pourraient apparaître indépendants.
Le second intérêt des réseaux bayésiens est qu’ils peuvent être utilisés dans les deux directions : la propagation du bas vers le haut permettra aux utilisateurs de l’outil d’identifier des informations sur les domaines (isolation d’été ou d’hiver, la ventilation par exemple), pour lesquels une stratégie peut être utilisée, et éventuellement de s’informer sur les contraintes liées à ces stratégies ou les problèmes qu’ils peuvent susciter sur d’autres postes tel que le confort par exemple (figure 20).
Figure 20. La propagation de bas en haut permet d’identifier le potentiel de l’utilisation de la peau de la girafe comme stratégie d’isolation et les contraintes que cela impliquerait sur le projet en termes de structure, sa pertinence par rapport au type d’opération et au confort (été/hiver).
Source : Chayaamor-Heil et Hannachi-Belkadi, 2017.
73 La propagation de haut en bas permet aux utilisateurs d’identifier les stratégies de la nature les plus adaptées pour répondre à un besoin particulier (isolation ou ventilation) dans un environnement particulier, et les difficultés ou incompatibilités que ces stratégies peuvent avoir avec d’autres postes, le confort par exemple. En rouge (et à 100 % ) nous pouvons identifier les choix d’entrées parmi les attributs proposés, qui sont à la fois les stratégies de conception et d’autres informations tels que des contraintes constructives ou un type d’opérations (figure 21).
Figure 21 : La propagation de haut en bas permet choisir quelle stratégie de la nature est la plus pertinente pour une isolation d’hiver en construction neuve et pour une structure lourde.
Source : Chayaamor-Heil et Hannachi-Belkadi, 2017.
74 Le troisième point fort des réseaux bayésiens est l’apprentissage qu’il est possible de mettre en œuvre à deux niveaux pour parfaire le modèle graphique (les variables et les relations entre variables) et pour alimenter les tables de probabilités grâce à des bases de données résultantes de retours d’expériences ou des ontologies.
Conclusion
75 Il s’agissait dans cet article de présenter un état du développement du biomimétisme en architecture et de montrer son potentiel en matière d’innovation. Nous avons décrit les méthodes habituellement proposées pour le biomimétisme et, sur la base de cas d’étude, montré qu’il existe plusieurs postures possibles pour concevoir de l’architecture bio-inspirée : une approche indirecte selon laquelle l’architecte réutilise des outils conçus avec des méthodes biomimétiques, et une approche directe selon laquelle l’architecte participe à l’activité biomimétique en collaboration avec des biologistes. Cette dernière posture semble être plus à même de produite de l’innovation en architecture.
76 Le caractère pluridisciplinaire de la méthode biomimétique, le temps que requiert la phase d’identification d’un phénomène naturel susceptible d’être transféré en architecture et les difficultés pour traduire ce phénomène dans l’architecture rendent une activité de conception biomimétique très chronophage. Ces activités de conception biomimétique ne sont réalisées, pour la plupart d’entre elles, que dans le cadre de recherches.
77 Pour faciliter l’usage du biomimétique en architecture, nous proposons le développement d’une plateforme numérique de collaboration entre architectes, biologistes, ingénieurs et
sur la biologie, des outils d’idéation et d’innovation basés sur des ontologies biomimétiques ainsi que des outils d’aide à la décision et à l’optimisation. Pour développer cette plateforme, il s’agit désormais pour nous d’expérimenter les différents outils susceptibles d’en faire partie afin d’en identifier les possibilités et les limites pour la conception architecturale et de les adapter si nécessaire. Il faudra ensuite identifier les relations possibles entre ces outils, afin de construire une méthodologie de conception biomimétique capable de produire des innovations en architecture en vue de répondre aux enjeux du développement durable.
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NOTES
1. [http://icd.uni-stuttgart.de].
2. L’élytre est une aile rigide qui sert de protection aux ailes souples des coléoptères volants.
3. [www.fosterandpartners.com].
4. [www.esplanade.com].
5. [www.marinabaysands.com].
6. [www.mickpearce.com].
Le biomimétisme inspire l’innovation dans différents domaines. Il a un impact significatif dans le champ de l’architecture, où il peut conduire à des innovations pour concevoir un environnement bâti durable. En tant que champ interdisciplinaire, l’architecture est influencée par de nombreux aspects des sciences naturelles et sociales. Parmi ces influences, l’inspiration de la biologie est actuellement dominante. Le cadre de la conception bio-inspirée a évolué et s’est transformé en différentes approches innovantes en grande partie du fait du développement de l’informatique et de son usage en architecture. Cet article vise à identifier les principales caractéristiques de l’architecture biomimétique, au regard de l’architecture bio-inspirée et à travers un état des connaissances dans le domaine et une étude de cas significatifs. L’objectif est de montrer comment l’usage de méthodologies de conception biomimétique pourrait conduire à des innovations en architecture en vue de répondre aux enjeux environnementaux actuels. Toutefois les architectes ne disposent pas encore des moyens d’accès à ces méthodologies biomimétiques pour les utiliser efficacement, aussi nous présentons à la fin de cet article les caractéristiques d’une plateforme d’outils qui pourrait faciliter la conception biomimétique dans le champ de l’architecture.
Biomimicry inspires innovation in diverse fields. It has a significant impact in the architectural field, where it can lead to innovations directly related to design of sustainable built-environment. As an interdisciplinary field, architecture is being influenced by many aspects of the natural and social sciences. Among these influences, biological inspiration is currently dominating the era. The bio-inspired design framework has evolved and shifted towards different innovative approaches, especially with the advancements in the computer technologies and its use in architecture. This article aims to identify the main characteristics of the biomimetic architecture, in terms of bio-inspired architecture and through a state of knowledge in the field and a significant case study. The goal is to show how the use of biomimetic design methodologies could lead to innovations in architecture to meet current environmental challenges. However, architects do not yet have the means to access these biomimetic methodologies neither to use them effectively. Thus, we present at the end of this article the characteristics of a platform of tools that could facilitate biomimetic design approach in the field of architecture.
INDEX
Mots-clés : biomimétisme, architecture, collaboration interdisciplinaire, éco-innovation, outils
AUTEURS
NATASHA CHAYAAMOR-HEIL
Architecte et docteur en stratégie biomimétique pour la conception et l’innovation en
architecture, Natasha Chayaamor-Heil est chercheur au MAP-MAACC UMR 3495 CNRS/MCC. Ses recherches se concentrent sur l’exploration de plusieurs méthodes innovantes pour traduire des principes de la nature et les mettre en œuvre dans la conception architecturale.
Natasha Chayaamor-Heil et Nelson Montas, « Biomimetic Building skin: Living Envelope for Contemporary Architecture », The power of Skin, ARKRIT&COMPAC, Madrid, Spain, 2016.
Natasha Chayaamor-Heil et Nazila Hannachi-Belkadi, « Towards a Platform of Investigative Tools for Biomimicry as a New Approach for Energy-Efficient Building Design », Building Journal, vol.7, issue 1, 6 mars 2017, Switzerland, MDPI AG, Basel.
Natasha Chayaamor-Heil, « Biomimicry: optimization strategy from nature towards sustainable solutions for energy-efficient building design », SB-Lab 2017: Proceedings of the International Conference on Advances on Sustainable Cities and Buildings Development, Green Lines Institute, Portugal, 2017.
natasha.heil@outlook.com FRANÇOIS GUÉNA
Architecte, docteur et habilité à diriger des recherches en informatique, François Guéna est professeur à l’Ecole Nationale Supérieur d’Architecture de Paris la Villette. Il dirige l’équipe de recherche MAACC de l’UMR MAP 3495 CNRS/MCC où il encadre des travaux de recherche sur l’activité de conception architecturale.
Louis Vitalis et François Guéna, « Narrer pour concevoir, concevoir pour narrer. Enjeux épistémologiques croisés », Revue française des sciences de l’information et de la communication [en ligne], 10 | 2017, mis en ligne le 08 février 2017, consulté le 29 décembre 2017. URL : http://
journals.openedition.org/rfsic/2603 ; DOI : 10.4000/rfsic.2603.
T. Zedin, F. Guéna F. et O. Marchand, « La mécatronique dans le processus de conception des outils de construction : la mesure au sein d’un continuum numérique », Actes du 7e séminaire de Conception architecturale numérique, Toulouse, Presses universitaires de Nancy, 2016.
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francois.guena@paris-lavillette.archi.fr NAZILA HANNACHI-BELKADI
Architecte et docteur en génie urbain, Nazila Hannachi-Belkadi est maître-assistante l’Ecole Nationale Supérieur d’Architecture de Paris la Villette et chercheure au MAP-MAACC UMR 3495 CNRS/MCC. Ses recherches se concentrent sur le développement d’outils pour la conception et l’évaluation des bâtiments durables et performants énergétiquement. Elle travaille sur la prise en compte des usages lors de la conception de ces bâtiments et s’intéresse également au
biomimétisme comme source d’inspiration et d’innovation.
Nazila Hannachi-Belkadi, « Les réseaux bayesiens : une solution pour une conception de bâtiments économes en énergie adaptée et/ou adaptable aux différents usagers », 8e Journées francophones sur les réseaux bayésiens et les modèles graphiques probabilistes (JFRB 2016),
Clermont Ferrand, 27- 28 juin 2016.
Natasha Chayaamor-Heil et Nazila Hannachi-Belkadi, « Towards a Platform of Investigative Tools for Biomimicry as a New Approach for Energy-Efficient Building Design », Building Journal, vol.7, issue 1, 6 mars 2017, Switzerland, MDPI AG, Basel.