Structures légères et biomimétisme : l’architecture dans la nature

Légèreté et rigidité

Nature et monde de l’infiniment petit comme école d’architecture légère

À travers les siècles et les styles, la recherche de la légèreté en architecture a toujours tendu vers des solutions à la fois techniques et esthétiques qui ont bouleversé la manière de construire. La notion de structure est d’abord liée à l’idée des lois de la nature permanentes et stables auxquelles il s’agit de se conformer. Le contenu de ces lois a considérablement varié de la Renaissance à nos jours en même temps que les techniques de constructions se modifiaient.

L’observation de la diversité des formes que l’on trouve dans la nature est une expérience extrêmement enrichissante qui a influencé nombre d’architectes et d’ingénieurs en quête de virtuosité structurale. La nature, du fait d’une sélection permanente des éléments les plus économiques en matière et en ressources, offre en effet quantité d’exemples de structures ultra légères aux propriétés mécaniques saisissantes.

Si l’on considère par exemple une feuille de nénuphar géant –pouvant atteindre un diamètre de plus de deux mètres-, on remarque immédiatement deux particularités dans sa structure. La feuille présente d’une part un bord relevé, d’autre part un réseau radial de nervures reliées dont les compartiments sont recouverts par un limbe plissé comme de la tôle ondulée. Et comme celle-ci ou comme les éléments d’une toiture plissée autoportante, un tel système de nervures confère une étonnante rigidité à la grande surface de la feuille. Le bord relevé quant à lui empêche l’eau d’inonder la feuille tout en contribuant lui aussi à la rigidité de la surface. Le limbe lui-même ne se compose cependant que d’un tissu végétal très fin, de l’épaisseur d’un millimètre et qui n’est pas insensible à la traction.  On pourrait croire que la plus petite vague risquerait de détruire une structure aussi étendue (environ 4,5m2) et fine, pourtant celle-ci est extrêmement résistante et peut supporter le poids d’un jeune enfant ou d’un animal.

Au cours des années 1850-1851 fut construit le Crystal Palace pour l’exposition universelle à Londres, considéré aujourd’hui en histoire de l’art, comme l’une des plus importantes créations architecturales du XIXème siècle. Si l’on observe les nervures de la construction du toit, on trouve d’étranges similitudes avec « l’astuce » que la nature a utilisée pour la feuille de nénuphar géant. Il est fortement vraisemblable que son concepteur, Sir Joseph Paxton, horticulteur déjà connu pour la réalisation de plusieurs serres aux formes et aux dimensions extravagantes, se soit inspiré des principes de construction de l’espèce Victoria regia, dont il avait fait une étude minutieuse pour en copier le système radial de nervures.

L’objet de ce mémoire sera ainsi d’explorer diverses structures naturelles remarquables pour leur légèreté et leur grande rigidité et de les mettre en perspective en architecture pour leur exemplarité structurale.