Panorama de la cité végétale par Luc Schuiten (avec son aimable autorisation)
© Luc Schuiten - Licence : Tous droits réservés

Capter l'énergie solaire comme la feuille de l'arbre, reproduire la résistance de la toile filée par l'araignée, fabriquer des céramiques aussi solides que la coquille de l'ormeau... Tout cela vous inspire ? C'est normal. Le biomimétisme - discipline émergente - est une méthode innovante et prometteuse qui consiste à s'inspirer de la nature et de ses mécanismes pour tenter de les reproduire et de les adapter au service de l'Homme et de l'ensemble de la biosphère.

La nature comme modèle

Le biomimétisme : définition

Selon l'AFNOR (Association française de normalisation)- qui travaille encore à préciser sa définition -  le biomimétisme (du grec bios= vie et mimesis= imiter) consiste à s'inspirer du vivant dans le but de créer des systèmes artificiels  et des solutions techniques répondant au mieux aux exigences d'un développement “soutenable” pour l'ensemble de la biosphère.
Inventé par l'américain Otto Schmitt, ce néologisme traduit l'idée d'un transfert de la biologie vers la technologie. Le concept a ensuite été théorisé et vulgarisé par l'américaine Janine Benyus, grâce à la publication, en 1997,  de son fameux ouvrage intitulé “Biomimétisme : l'innovation inspirée par la nature”.

Contrairement à ce que pourrait laisser croire l'étymologie du mot, la biomimétique ne se réduit pas à une simple copie de la nature. Il doit donc être distinguée du biomorphisme qui - à des fins esthétiques - reproduit les formes issues de la nature, choisies et simplifiées pour des raisons plastiques. Le biomimétisme, lui, ne s'arrête pas là. Il dépasse l'imitation stricte des formes de la nature pour se focaliser sur les stratégies de fonctionnement des organismes vivants et des écosystèmes.  Le biomimétisme ne doit pas non plus être confondu avec la bionique, exclusivement dédiée à l'innovation technologique.

Ni esthétique ni technologique, le biomimétisme s'inscrit dans une démarche spécifique d'innovation durable. Comme le rappelle le CESE (Conseil économique, social et environnemental), la différence entre la simple imitation de la nature et le biomimétisme réside en fait dans l'exigence de soutenabilité.

Selon Janine Benyus, il s'agit de " s'inspirer pour la création d'activités humaines des solutions efficaces et durables développées depuis des millions d'années par les organismes vivants au sein de la biosphère ".

"L'innovation inspirée par la nature"

Le biomimétisme part d'un constat simple : la nature est comme un gigantesque laboratoire, vieux de 3,48 milliards d'années, et capable d'inventer d'habiles stratagèmes pour résoudre des problèmes qui sont aussi les nôtres.  Il s'agit donc d'étudier la nature de façon à pouvoir l'imiter, c'est à dire reproduire ses modes de fonctionnement en les adaptant aux problématiques humaines. “Les chercheurs essaient de comprendre les solutions développées par des organismes vivants au niveau le plus fondamental, de décortiquer les systèmes capables de produire un phénomène et de le copier”, explique Marc Fontecave, chercheur en biologie.

L'idée n'est pas nouvelle. Léonard de Vinci, au 15e  siècle, avait déjà posé les bases de l'aviation moderne en concevant son ornithoptère, inspiré du vol des oiseaux. Après avoir minutieusement étudié l'anatomie de leurs ailes ainsi que la fonction et la position de leurs plumes, Léonard de Vinci invente une machine semblable à des ailes d'oiseau activées par la force musculaire humaine. Certes, le projet de Léonard de Vinci ne dépassera pas le stade du croquis, mais l'idée est bien là.

L'exemple du  Shinkansen, système de train à grande vitesse en service au Japon, est convainquant. La ligne du Shinkansen, parsemée de tunnels, causait des désagréments répétés aux voyageurs et aux riverains, à cause des ondes de choc. Puisant dans l'ornithologie, l'ingénieur japonais Eiji Nakatsu, travaillant sur la ligne Tokyo-Hakata, a conçu le “nez” du train selon le modèle du bec du martin-pêcheur, oiseau connu pour sa vitesse de pénétration dans l'eau-  afin d'améliorer l'aérodynamisme.

Shinkansen série 500 à la station Shin-Iwakuni
© Jakub Hałun / Wikimedia Commons - Licence : CC BY-SA

Cette imitation a permis une réduction du bruit et de la consommation électrique, mais aussi un gain de vitesse de 10%.

De la termitière au centre commercial : un exemple instructif

Le biomimétisme tient une place de choix dans le domaine de l'architecture. Les ingénieurs s'inspirent des édifications de certains insectes pour concevoir leurs bâtiments.

L'architecte Mick Pearce a ainsi imaginé son fameux Eastgate building à partir de l'observation des termites africains. Cet immense immeuble situé à Harare, au Zimbabwe, a été construit en 1996. Son système de ventilation est calqué sur le fonctionnement de la termitière et sa climatisation dite “passive”.

Eastgate Centre, Harare (Zimbabwe)
© David Brasier / Wikimedia Commons - Licence : CC BY-SA

Ce système de ventilation, basé sur l'alternance des mouvements d'air chaud et froid, permet de garder la termitière à température constante. Ouvertes par grande chaleur, les termitières se referment la nuit venue. C'est sur ce principe de ventilation naturelle que l'architecte américain a pensé son bâtiment, pour s'adapter aux importants changements de température quotidiens.

Le bâtiment, qui a une grande capacité thermique, absorbe la chaleur tout au long de la journée. Dans le même temps, de nombreuses ouvertures permettent à l'air d'entrer par le bas du bâtiment, tandis que de grandes cheminées permettent d'évacuer l'air chaud qui remonte par convection. Cette installation crée un courant d'air naturel, accéléré plusieurs fois dans la journée par l'action de ventilateurs. La nuit, quand l'air est plus froid que le bâtiment, les murs diffusent peu à peu la chaleur qu'ils ont emmagasiné pendant la journée. Une partie de l'air frais qui s'engouffre est stocké dans les dalles du bâtiment, ce qui a pour effet de ralentir le réchauffement le lendemain. L'immeuble consomme ainsi 90% d'énergie de moins que la moyenne, assure son concepteur.

A partir de cet exemple, pourquoi ne pas imaginer -comme le suggère le scientifique James Lovelock des villes bio-climatisées comme des termitières, pour s'adapter au réchauffement climatique alors que les îlots de chaleur urbains étouffent littéralement les grandes villes.

Changer de modèle urbain : la nature comme mesure

“L'homme est la mesure de toutes choses”, disait Protagoras -philosophe grec- dans l'Antiquité. Et si c'était la nature qui désormais servait de référence ? Plus qu'un simple modèle à imiter, la nature serait aussi un standard, permettant l'évaluation de nos innovations : sont-elles favorables à la vie ? Seront-elles durables ?

De la ville anthropomimétique à la ville-forêt

Hérité du 19e siècle, le modèle de la ville anthropomimétique - telle que nous la connaissons actuellement - prend pour mesure l'homme. Conçue à l'image du corps humain, la ville fonctionne comme un organisme, avec ses poumons (les parcs), ses cellules (les bâtiments) et ses réseaux d'eau et d'énergie pensés à l'image de la circulation sanguine.

Le contexte actuel de la crise écologique à laquelle nous nous trouvons collectivement confrontés met en évidence les limites de ce modèle urbain, engendrant des villes qui, comme le souligne Henry Dicks -chercheur en philosophie- “consomment sans produire ou décomposer, qui épuisent et polluent leurs milieux, et dont les réseaux centralisés s'avèrent de plus en plus fragiles”[1].
“Le moment semble opportun de poétiser une nouvelle métaphore vive : celle de la ville-forêt avec ses habitats-arbres, ses réseaux-rhizomes, ses agora-clairières, ses ruisseaux rouverts, et ses chemins encore inexplorés”, poursuit le philosophe.

A l'époque de la transition écologique, les partisans du biomimétisme comme Michael Braungart et William McDonough proposent un nouveau modèle de la ville : “imaginer un bâtiment comme un arbre et une ville comme une forêt”.

Comme les arbres, les bâtiments pourraient ainsi s'alimenter à l'énergie solaire, s'adapter aux saisons, purifier l'eau et l'air.

La « ville forêt » de Braungart et McDonough se distingue de la ville anthropomimétique à de nombreux égards, explique Henry Dicks : “Alors que la ville anthropomimétique consomme surtout des énergies minérales (fossiles ou nucléaires), dans la ville forêt chaque bâtiment produirait sa propre énergie à partir d'énergies renouvelables, à la manière d'arbres autotrophes. Alors qu'un flux linéaire de matières et de produits traverse la ville anthropomimétique, la ville forêt recyclerait les matières et les produits dans des boucles relativement fermées. Alors que l'aspect mécanique, minéral et hygiéniste de la ville anthropomimétique fait qu'elle ne contient que très peu de biodiversité, la ville forêt serait un habitat capable d'accueillir des espèces diverses. Alors que la ville anthropomimétique pollue ses eaux et ses airs, la ville forêt les purifierait. Alors que la ville anthropomimétique laisse mourir ses sols, la ville forêt les fertiliserait...”

Architectures utopiales : quelques exemples de villes biomimétiques

A quoi ressemblerait, concrètement, une ville biomimétique ? Le nouvel imaginaire qui se développe autour du concept de ville-forêt permet de penser de nouvelles formes urbaines.
Nombreux sont les architectes qui tentent d'imaginer des solutions intéressantes aux impasses actuelles et élaborent des formes nouvelles pour nos villes futures, à partir d'une vision poétique du monde.

Les cités fertiles de Vincent Callebaut

« L'homo sapiens deviendra-t-il l'homo digitalis – toujours connecté, avec un smartphone greffé au bout des doigts, fusionnant son intelligence avec celle des machines – ou bien le citoyen homo bionicus, remonté dans l'arbre, à la façon de nos très lointains ancêtres ? On essaie de démontrer que notre avenir n'est ni l'homo digitalis ni l'homo bionicus, mais un mélange des deux : on peut vivre dans le respect de l'environnement et dans la nature de façon hyperconnectée en fusionnant l'ingénierie développée par l'homme et celle développées par la nature », explique Vincent Callebaut, architecte.
Pour parvenir à cette harmonie entre biologie et technologie, Vincent Callebaut - architecte visionnaire et écoresponsable - conçoit ses projets à partir de l'observation rigoureuse de la nature.

La cité de demain, Vincent Callebaut l'imagine “fertile”, à l'image d'un écosystème : « Métamorphoser nos villes en écosystèmes, nos quartiers en forêts et nos buildings en arbres habités : tel est notre credo ! ». Comme un métabolisme unique, la ville future fonctionnerait en circuit court. Les déchets y seraient intégralement recyclés, dans le cadre d'une économie circulaire. Les façades seraient conçues comme “intelligentes, régénératives et organiques”.

Finis le béton et l'acier : ces deux matériaux sont très énergivores à fabriquer et rejettent beaucoup de C02. L'architecte préconise l'adoption de matériaux composites ou biosourcés, comme le bois, capable de stocker le CO2. Des matériaux bio luminescents, imitant les processus lumineux des méduses et des lucioles, pourraient également permettre d'éclairer les villes sans les polluer.

“Dans notre projet pour Paris 2050, nous avons imaginé, par exemple, une tour Montparnasse recouverte d'une façade en bioréacteur d'algues vertes, capables de se nourrir de déchets pour produire de l'énergie. Chaque jour, 750 000 passagers empruntent les quais de la gare du Nord. En recouvrir chaque mètre carré de dalles à sustentation magnétique créerait de l'électricité à chaque pas et, ainsi, rendrait le Xe arrondissement à 270 % positif en énergie. Donc autosuffisant et capable, grâce à un réseau électrique intelligent, de transmettre 170 % de son énergie vers d'autres quartiers de la ville qui en manqueraient. Une autre solution pérenne consisterait à rapatrier l'agriculture au cœur de la ville en aménageant des toitures en potagers urbains pour aboutir à une logique simple : consommer sur place ce qui est produit sur place, et pas à des milliers de kilomètres”, explique l'architecte.

En définitive, l'objectif de Vincent Callebaut est simple : il s'agit de transformer nos cités énergivores en biotopes nourriciers, à l'image des forêts tropicales ou des vieilles forêts tempérées.

Les cités végétales de Luc Schuiten

Comme Vincent Callebaut, Luc Schuiten est un architecte belge, considéré comme visionnaire. Membre fondateur de Biomimicry Europa, créé en 2010 pour promouvoir le biomimétisme, Luc Schuiten imagine des alternatives originales au modèle obsolète de nos villes actuelles à partir de l'observation de vastes écosystèmes comme les massifs coralliens ou les forêts primaires.

L'approche de Luc Schuiten consiste à penser la ville “comme un écosystème forestier mature”. Les systèmes dits matures obéissent à ce que Janine Benyus appelle les “principes du vivant” : utiliser les déchets comme ressources, diversifier et coopérer, optimiser plutôt que maximiser, réduire l'utilisation des matériaux à son strict besoin, ne pas souiller son propre habitats, entre autres.

Pour cela, il ne s'agit pas de refuser le progrès, mais plutôt de l'adapter, selon Schuiten.  

Le principe ? Construire un avenir durable pour les villes et leurs habitants, en utilisant le vivant comme matériaux de construction. C'est le cas des fameuses “cités archiborescentes” imaginées par l'architecte, qui utilisent toute forme d'organismes vivants ou inspirés du vivant.

La cité des “habitarbres”, par exemple, se développe dans un environnement forestier remodelé. Dans ce type de cité, les façades des bâtiments seraient constituées d'une matière biotextile souple similaire à de la peau, constituée à partir de protéines transclucides ou transparentes, inspirées de la chitine des ailes de libellules. Les arbres serviraient de structure aux immeubles, les coquillages y produiraient du biobéton, les insectes du bioverre.

La cité des habitarbres et ses habitants par Luc Schuiten (avec son aimable autorisation)
© Luc Schuiten - Licence : Tous droits réservés

« Aujourd'hui, construire c'est d'abord détruire : arbres abattus, terre cuite, pierres taillées, minerais fondus, explique l'architecte. La cité archiborescente, elle, est vivante. Elle se régénère à partir de ses propres déchets. Elle est conçue comme un massif corallien, où tous les systèmes se nourrissent les uns les autres. Elle est plus réaliste que les nouvelles villes comme Dubaï qui est construite sur le pillage des ressources de la planète. », explique Luc Schuiten.

Le résultat général de ces techniques alternatives serait un métabolisme plus circulaire et plus local, qui permettrait à la cité de fonctionner comme un super organisme, doté d'une capacité d'autorégulation et d'homéostasie.

La nature comme mentor : vers une nouvelle éthique ?

Le biomimétisme ne se réfère qu'à un unique expert : la nature elle-même, seule entité terrestre capable de maîtriser sa propre durabilité, comme l'explique Janine Benyus : "En réalité, les organismes ont réussi à faire tout ce dont nous avons besoin, sans recourir aux énergies fossiles, sans polluer la planète ou hypothéquer leur futur. Quel meilleur modèle espérer ? (...) Les animaux, les plantes et les microorganismes sont des ingénieurs chevronnés".

A la fois ingénieur et designer, créatrice de formes et de mécanismes originaux sans cesse renouvelés, la nature devient alors un guide. Le biomimétisme nous invite justement à considérer la nature non pas pour ce que nous pouvons en extraire, mais plutôt pour ce que nous pouvons en apprendre, si tant est que nous nous donnions enfin la peine de l'écouter.  

Certes, ces villes futuristes sont encore utopiques, mais elles n'en sont pas moins scientifiquement soutenues par les solutions amorcées par le biomimétisme.

Pour une coopération entre hommes et nature

D'après Gauthier Chapelle, Ingénieur agronome et docteur en biologie, les grandes innovations du vivant seraient toujours nées de la coopération et de la symbiose entre les êtres, et non de la compétition. Lors d'une intervention devant les étudiants de HEC en 2010, le scientifique explique cette théorie en s'appuyant sur l'exemple des champignons qui, dans un rapport de coexistence, permettent aux arbres d'être plus efficaces : « On dit souvent que pour atteindre un niveau de lumière suffisant, il existe un rapport de compétition entre les arbres, mais c'est faux. Le plus souvent, les grands arbres produisent des sucres en excès qu'ils transfèrent, via les champignons saprophytes, envers les jeunes arbres. C'est une relation de solidarité intergénérationnelle ».

C'est de cette relation de coopération que nous devons nous inspirer. Janine Benyus propose à cette fin de développer une attitude de respect et d'écoute envers la nature qui nous environne. Cela implique d'apprendre à faire taire notre ingéniosité pour mieux écouter la nature et l'interroger. “Cette étape d'écoute de la nature ne doit pas être réservée aux seuls spécialistes. Nous devons tous acquérir des connaissances écologiques et le meilleur moyen est de nous immerger dans la nature dès l'enfance”, précise Janine Benyus.

L'urgence d'un changement de paradigme : changer notre rapport à la Terre

Dans nos sociétés modernes accoutumées à dominer et à exploiter la nature, nous avons développé un rapport de prédation à la Terre, bien loin de l'imitation respectueuse induite par le biomimétisme.
“En apprenant à synthétiser nos produits par la pétrochimie, nous avons cru nous affranchir de la nature et la dépasser. Avec l'avènement du génie génétique, certains s'imaginaient déjà tout-puissants, à la tête d'un arsenal technologique infaillible qui leur garantirait l'indépendance”, déplore Janine Benyus.

“Le biomimétisme éthique nécessitera un changement de mentalité. Nous devrons descendre de notre piédestal et accepter d'être simplement une espèce parmi 30 millions d'autres. En acceptant ce fait, nous commençons à réaliser que ce qui est bon pour la planète vivante est bon pour nous aussi (...)Lorsque l'on considère la nature comme source d'idées plutôt que de biens, la protection rationnelle des espèces sauvages et de leurs habitats s'impose comme une évidence”, poursuit-elle.

Une prise de conscience collective est donc urgente et indispensable, afin de comprendre que la nature n'est pas une source inépuisable de matières premières, mais bien de connaissances.

En acceptant de suivre cette nouvelle voie éthique, de nouvelles questions se posent : comment juger du bien-fondé de nos innovations ? Comment être sûr qu'elles sont au service de la vie ? Ici aussi le biomimétisme peut nous aider, selon Janine Benyus : “Le meilleur moyen d'évaluer nos innovations est de les comparer à ce qui a précédé. Cette stratégie ou concept a-t-il un précédent dans la nature ? Avons-nous un recul suffisant, grâce à un procédé semblable, pour pouvoir l'avaliser en sécurité ?”