Les êtres vivants n’ont pas attendu la climatisation pour se rafraîchir. Voici quelques principes physiques et exemples, pour s’inspirer de la nature.
Les principes physiques
Petit aparté : j’ai tenté d’expliquer les principes ci-dessous le plus simplement que je puisse, et en l’état de mes connaissances. Comprendre ces principes aident à appréhender plus clairement comment les exemples que je vais vous présenter ensuite fonctionnent, et comment les appliquer au quotidien.
Transferts thermiques
Ces 3 principes de transfert thermique sont une base aidant l’appréhension de nombreuses questions, dont celle qui nous intéresse aujourd’hui. Ils expliquent comment la chaleur se transmet d’un corps à un autre.
La conduction concerne les solides1. Quand nous touchons un objet et le trouvons chaud ou froid, il s’agit de cela.
La convection concerne les fluides. L’air ou l’eau échange de la chaleur au contact d’un solide et circule en transportant cette énergie (souffler sur quelque chose pour refroidir, mais aussi le chauffe-eau solaire par thermosiphon).
Le rayonnement, pour finir, est de nature électromagnétique; le soleil ou le feu en sont des exemples. Chaque corps récepteur captera plus ou moins de ce rayonnement sous forme de chaleur.
Évaporation
L’eau à l’état liquide, quand elle s’évapore, absorbe une partie de la chaleur environnante. C’est pour ça que transpirer régule notre température corporelle. Si nous transpirons quand nous buvons ou mangeons quelque chose de plus chaud que notre température interne, c’est donc pour éviter la surchauffe.
Compression et capacité de stockage calorifique de l’air
Essayez de souffler la bouche grande ouverte, puis refermer progressivement la bouche. Vous devriez ressentir l’air de plus en plus frais.
En réalité, le même volume d’air s’évacue quelque soit l’ouverture de la bouche, mais la pression et la vitesse augmentent :
La pression comprime d’abord l’air, qui ensuite se détend en sortant de notre bouche : l’air se refroidit.
La vitesse plus élevée et le plus petit diamètre fait que (en quelque sorte) plus d’air emporte de la chaleur du point de ressenti, en vertu du principe de convection thermique discuté plus haut!
Attention : concernant le principe ci-dessus, il peut plutôt s’agir d’une sensation que d’une variation significative de la température. Mais après tout, la sensation compte pour beaucoup.
Absorption (optique)
Selon la couleur (et donc la fréquence) de l’objet qui reçoit le rayonnement dont nous avons parlé plus haut, plus ou moins de ce rayonnement est converti en chaleur. Cette expérience ludique pour enfants démontre ce que nous savons depuis longtemps : quand c’est noir, ça absorbe beaucoup, donc ça chauffe. Quand c’est blanc, ça n’absorbe que très peu, donc ça ne chauffe que très peu. Par exemple :
Notre four solaire repose sur ce principe : le rayonnement solaire est focalisé à l’aide de miroirs sur une marmite de couleur…noire
Nombreuses sont les régions du pourtour méditerranéen dont les maison sont peintes en…blanc!
A présent, voici plusieurs applications concrètes de ces principes.
Les êtres vivants savent rafraîchir sans climatisation
Les termitières : l’ingénierie climatique dans les gènes
Les termites font figure en biomimétisme. Elles ont inspiré l’architecture de bâtiments tel le Eastgate Building, conçu par Mick Pearce. Des bâtiments comme celui-ci sont en mesure d’obtenir des températures quasi-constantes toute l’année, avec peu ou pas d’énergie…
Vue en coupe d’une termitière. Les termites créent des cheminées et de multiples orifices aériens et souterrains. Ce faisant, elle peuvent réguler par convection la température de l’habitat.
Termitières vu de l’extérieur. Photographie Ray Norris (licence CC 3.0)
En habitat humain, un exemple bien moins élaboré mais néanmoins fonctionnel me vient à l’esprit : le puits canadien. L’air extérieur est aspiré dans la maison tout en se rafraichissant à travers une canalisation souterraine (convection)
Les zèbres
Les zèbres pourraient avoir des motifs noirs et blancs pour favoriser la convection, l’alternance du noir et du blanc créant des micro-turbulences en raison de leurs différences de potentiel d’absorption optique. Néanmoins, je n’ai pas fouillé dans la littérature scientifique et invite donc à la prudence quand à cette information.
Les humains
Ici, tout dépendra bien sûr de la région, des ressources à disposition, mais la chose a retenir est que tous les principes physiques évoqués dans le présent article peuvent, en utilisation séparée ou conjointe, mener à de bons résultats.
Boire chaud
En effet, si contre-intuitif que ça puisse paraître, cette augmentation de la température permet de transpirer, et d’enclencher des sensations de fraicheur.
Arroser les murs et objets
Arroser sa terrasse et ses murs, j’ai déjà entendu parler de cela par des anciens qui le faisaient. Pour cause, l’évaporation de l’eau rafraîchit la surface traitée. En mouillant le sol intérieur (évaporation) et en favorisant des courants d’air (convection), on peut réduire à nouveau la température intérieure.
Des vêtements amples et foncés
De nombreuses populations des déserts s’habillent en “robe”, hommes comme femmes.
Touareg, ouest du Sahara
vêtement des émirats arabes unis
Mais d’autres couleurs existent
Différentes couleurs selon les cultures (et la disponibilité?)
Les vêtements amples favorisent la ventilation (convection), et limitent le contact de la peau avec le vêtement chaud (conduction). Il est dit que dans certaines cultures, des chemises claires seraient portées avant d’ajouter la robe foncée, pour encore accentuer la convection et limiter la conduction.
En conclusion
Pour rafraîchir sans climatisation, la diversité des espèces laisse présager du nombre de stratégies encore inconnues de l’Humain. Notre survie dépend entre autres de notre capacité à nous protéger des chaleurs, et je regrette que l’on se tire une balle dans le pied (sous-entendu “survie de long terme”) en surconsommant afin d’alimenter des climatisations2. Malgré ce, nous avons déjà développé de nombreuses méthodes afin d’améliorer notre confort thermique, et j’espère que ces quelques lignes vous auront inspiré de nouvelles idées pour rafraichir sans climatisation!
En attendant, cet été j’essaie d’humidifier un hamac situé sur ma terrasse (que j’aurais mouillé aussi), afin de cumuler les différents principes énoncés ici. évaporation, convection, faible conduction…
A propos de la série #30JoursPourYPenser
Pendant le confinement lié au Coronavirus : 30 jours, 30 articles, autour de la nature et de l’humain, pour comprendre et dessiner un monde durable et joyeux !
Pensez-vous que le motif de la fleur de tournesol ou de la toile d’araignée sont les fruits du hasard? S’inspirer de ces motifs est une aide précieuse dans la conception de nos systèmes. J’aborde ici des motifs naturels, et une application concrète de chaque dans nos vies.
Qu’est-ce qu’un motif (ou pattern)?
Le mot anglais « pattern » est souvent utilisé pour désigner un modèle, une structure, un motif, un type, etc. Il s’agit souvent d’un phénomène ou d’une organisation que l’on peut observer de façon répétée lors de l’étude de certains sujets, auquel il peut conférer des propriétés caractéristiques.
Tel que nous l’avons vu dans différents articles que je vais citer à nouveau ici, les motifs et cycles1 remplissent des fonctions précises, observables, répétables. Les exemples qui vont suivre sont aussi bien temporels que matériels, certains étant un peu des deux à la fois.
Méandre
Le méandre ralentit la circulation de l’eau et multiplier les surfaces d’échange terre/eau, créant plus de niches écologiques
Contre-exemple : les autoroutes humaines
Contre-exemple : les canaux
Quand la nature cherche à ralentir un flux pour maximiser les échanges et offrir plus de niches écologiques, nous voyons que les humains peuvent choisir de faire l’inverse. En effet, créer des routes droites est un choix pouvant nous faciliter l’entretien de voirie, et réduire la distance entre deux points. Néanmoins, nous verrons plus loin avec un exemple précis que ces arguments peuvent faire débat. A ce propos, je crois simplement que les lois et motifs naturels sont plus globalement intégrés que les choix de survie ou d’économie d’une espèce isolée.
Application concrète : les baissières (courbes de niveau)
Terrasser les champs et jardins selon des courbes de niveau2 favorise la répartition et le ralentissement de l’eau, permettant à la parcelle de mieux l’assimiler.
Ramification
Ultra connu, mais savons-nous quelle est la fonction du motif de ramification? En fait, ce motif est lié à la distribution de l’énergie. De manière systématique, on observe que des ramifications se créent là où il y a le moins de résistance (comme les éclair ou comme le ruissellement de l’eau). Les ramifications sont de plus en plus petites et relient la source d’énergie avec toutes les niches alimentées.
Application concrète :
Neuro-ergonomie, gestion de la connaissance, résolution de problèmes (cartes mentales, diagrammes d’Ishikawa et consort, arbres généalogiques ou événementiels, etc.
Le réseau peut revêtir des fonctions fort différentes :
résistance/résilience mécanique : la charge ou le stress est réparti sur tous les points du réseau. Cela confère à la toile d’araignée ou aux os des mammifères leur étonnant rapport poids/résistance
sécurité et économie des flux: multiples chemins possibles permettant d’économiser (prendre le chemin le plus court), et de ne pas interrompre le flux en cas d’aléa (itinéraires bis en cas de chemin coupé).
Ces deux fonctions assurent la résilience de l’ensemble.
A ce propos, ci-dessous l’exemple fascinant du Blob, dont une expérience a permis de montrer que cet être vivant produisait naturellement un réseau semblable au réseau ferré du japon, considéré comme l’un des plus performants du monde! Utile pour mieux comprendre le motif du réseau dans la nature :
Labyrinthe
Je présume que le cerveau a cette forme pour maximiser le stockage d’information dans un volume restreint, tout en multipliant les surfaces d’échanges. L’exemple du poumon est frappant : La surface totale destinée aux échanges est d’environ 130 m², soit la taille d’un terrain de volley. Ceci permet aux alvéoles d’assurer leur rôle, qui est de transmettre l’oxygène au sang et d’en extraire le dioxyde de carbone4
Application concrète
Avec toute précaution car je ne suis guère spécialiste des sujets qui suivent, néanmoins il s’agit d’intuition personnelle et les exemples qui suivent tendent à me conforter dans cette idée.
Architectures à haute économie : optimisation des flux et maximisation des échanges.
Industrie : Processeurs, dissipation de chaleur, etc.
Silicium composant un micro-processeur informatique
Les spirales logarithmiques décrivent un mouvement d’expansion ou de contraction (ou concentration) énergétique, que les images suivantes aident à comprendre sans difficulté:
aloe vera?
plante inconnue
tournesol
pomme de pin
nautile
suite de Fibonacci
monde animal, végétal, galaxies…
La phyllotaxie du tournesol, par exemple, respecte la suite de Fibonacci : chaque terme est la somme des deux termes qui le précèdent.
Application concrète
Horlogerie et autres assemblages mécaniques : Ressorts spiralés
Économie d’énergie dans les patinoires (le vortex permet d’enlever l’air de l’eau, favorisant une glace plus “résistante”) et tours de refroidissement (la surface d’échange air/eau étant augmentée, l’échange calorifique est d’autant plus important)
Tri ou mélange de solides et liquides, par exemple des graines ou des saletés (selon le réglage de notre outillage, les objets les plus légers peuvent se retrouver côté extérieur ou côté intérieur. Voir notamment le filtre à tourbillon utilisé en aquaponie
Quand les Loups ont été réintroduits dans le parc national de Yellowstone aux États-Unis après avoir été absents pendant près de 70 ans, toute la chaîne alimentaire s’est adaptée en un court laps de temps. Mais comment exactement les Loups changent les rivières ? 7
Les cycles astronomiques influencent le climat
Les cycles de Milankovitch
décrivent des processus astronomiques ayant pour effet de modifier le
climat terrestre, sur des cycles de plusieurs dizaines de milliers
d’année.
Il se traduit physiquement sur l’évolution des géographies, comme l’Escalier des Turques ci-contre
C’est un exemple de pattern temporel sinusoïdal, influencé par le mouvement elliptique de la terre par rapport au soleil. Ces cycles décrivent l’influence de différents patterns les uns sur les autres:
Mouvement d’une planète ➡ Climat ➡ Disponibilité des ressources ➡ éthologie dont nous avons parlé ci-dessus
Les influences à échelles multiples comme décrites ci-dessus sont une règle commune des écosystèmes.
Conclusion
Ainsi, nous avons pu voir que les motifs qui composent notre monde, tout en étant limités en nombres8, le tissent d’une manière infiniment complexe. A toute échelle et en toute dimension, avec le même motif nous passons de la fleur de tournesol, à la coquille du nautile, jusqu’à la tornade et même une galaxie. La bio-inspiration chère à toute démarche permaculturelle prend peut-être sa source dans l’observation des motifs du vivant, afin de comprendre comment est tissée l’étoffe de notre monde environnant. Concevoir nos systèmes en s’inspirant de cette bibliothèque qu’est la nature fera peut-être la différence entre des systèmes coûteux – pour ne pas dire lourds, et des systèmes harmonieux, fonctionnant avec économie et élégance, comme la nature sait le faire. Une nature élégante, discrète et appliquée. Depuis l’émergence du matérialisme, elle a su garder impeccables ses méthodes sans jamais chercher à nous cacher son intelligence intégrée. La beauté ne s’offre qu’à l’œil ouvert.
A propos de la série #30JoursPourYPenser
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L’éthologie est l’étude scientifique du comportement des espèces animales, incluant l’humain, dans leur milieu naturel ou dans un environnement expérimental, par des méthodes scientifiques d’observation et de quantification des comportements animaux. [↩]
Credits: “Greater Yellowstone Coalition – Wolves” (http://bit.ly/1lK4LaT) “Wolf Mountain” (http://bit.ly/1hgi6JE) “Primodial – Yellowstone” (vimeo.com/77097538) “Timelapse: Yellowstone National Park” (http://bit.ly/1kF5axc) “Yellowstone” (http://bit.ly/1bPI6DM) “Howling Wolves – Heulende Wölfe” (http://bit.ly/1c2Oidv) “Fooled by Nature: Beaver Dams” (http://bit.ly/NGgQSU) Music Credits: “Unfoldment, Revealment, Evolution, Exposition, Integration, Arson” by Chris Zabriskie (http://bit.ly/1c2uckW) NOTE: Cette video peut contenir du matériel copyright. Ce matériel est accessible pour des raisons éducatives seulement. Cette vidéo est un doublage en français de la vidéo “How Wolves Change Rivers” de l’organisme Sustainable Human sustainableman.org [↩]
le présent article ne prétend pas être exhaustif en ce sens [↩]
Faut-il construire des maisons rondes ou carrés? Peut-on encore inventer des matériaux ? Voici des pistes d’écoconstruction inspirées par la nature.
Chaque forme dans la nature a une fonction précise. En permaculture, nous gardons cette notion de motifs – ou ” patterns ” à l’esprit. En s’inspirant des fonctions de ces formes, nous pouvons concevoir des solutions plus efficaces, notamment dans le domaine de la construction.
Sphère : rapport volume/surface d’échange maximisé, rappord poids/résistance maximisé
Ramification : distribution de l’énergie
méandre : rapport longueur/surface d’échange maximisée, ralentissement des flux, création de niches
toile/réseau : rapport légèreté/résilience (mécanique) maximisé
Ici, nous allons effleurer deux sujets :
méthodes de construction
matériaux écologiques
La forme : Construire rond ou construire carré? (Kerterre et dômes géodésiques)
Les Kerterres sont des dômes sculptés à la main, avec un mélange chaux/chanvre. Les dômes géodésiques, eux, sont des assemblages de morceaux identiques de bois, métal, et verre1.
http://kerterre.org
Par Eberhard von Nellenburg, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2131675
Les points très intéressant que je retiens de ces constructions (comparativement à une construction carré) sont :
résistance mécanique et au vent : le vent “glisse” autours de la sphère, au contraire d’un mur plat; la charge est équitablement répartie sur chaque point de la sphère (forme auto-porteuse)
coût de charpente/toiture/fondation plus bas : déjà parce que la forme elle-même apporte une meilleure résistance, mais aussi parce que pour la kerterre, charpente/toiture/isolation forment un seul et même ensemble2
dans le cas de la serre : meilleure répartition de l’énergie solaire reçue sur une journée (bioclimatisme) ➡ évite les surchauffes de milieu de journée.
Détail d’assemblage possible d’un dôme géodésique3
Tout ça ne veut pas dire que ces formes constructives sont dénuées d’inconvénients, et je laisse le lecteur explorer l’idée4. Par ailleurs, ces constructions ne sont pas forcément plus simples à construire, ce serait simpliste de le dire.
Néanmoins, il me parait plausible qu’excepté l’apprentissage technique, ces constructions sont plus rapides et moins coûteuses à réaliser qu’une construction classique, pour une durabilité au moins identique.
Matériaux naturels d’hier et de demain
Ici je vais parler de matériaux composites. En effet, mélanger deux matériaux aux propriétés différentes est une technique de longue date5 ayant permis aux humains de bâtir des abris aux propriétés mécaniques ou isolantes satisfaisantes pour l’époque. Personne dans l’histoire n’a attendu l’avènement du pétrole pour éviter de mourir de froid!
Bref, je vais vous présenter quelques matériaux/techniques en partant du plus traditionnel au plus moderne
Traditionnel : Le torchis
Cette technique consiste à mélanger de la terre6 à de la fibre végétale (et parfois des adjuvants comme de la chaux ou de bouse de vache, pour améliorer certaines caractéristiques). Nous avons utilisé cette technique pour la serre du jardin d’Eric.
Note : une personne de confiance très au fait de la construction du bâti ancien m’a rapporté certaines choses qu’il est essentiel de garder à l’esprit pour une construction torchis, et que nous n’avons pas respecté dans notre expérimentation.
Le torchis avec une armature métallique! pas très écolo à mon sens. De plus l’armature par temps chaud dilate et par temps froid contracte, elle fait donc craqueler le torchis…C’est pourquoi il est préférable de respecter certaines règles de la construction du bâti ancien, à savoir la réalisation d’une ossature en bois, un soubassement en pierre qui évite les remontées capillaires et une avancée de toiture pour protéger les façades exposées à la pluie. Je reste à ta disposition pour échanger!
J’y trouve les avantages/inconvénients suivants, entre autre :
(+) matériaux naturel, accessible localement et sans industrie (pour faire plus écologique, je ne vois rien d’autre que ne pas construire de maison!)
(+) facilité de mise en œuvre, savoir accessible au plus grand nombre pour créer une autonomie des savoirs
(+) caractéristiques d’isolation relativement intéressantes, au regard de la simplicité de mise en œuvre
(+) esthétique d’une maison conventionnel si on le souhaite
(-) très coûteux en main d’œuvre
(-) difficile (impossible?) de trouver des artisans à coût égal à des techniques plus conventionnelles
Ainsi, de nombreux chantiers participatifs sont proposés pour minorer les inconvénients et profiter encore plus des avantages.
Moderne : Le liant-papier
Abordons un matériau plus récent, mais néanmoins assez conventionnel à utiliser : le liant-papier.
Par Arbolitspb — Travail personnel, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=41315878
Par Monoklon sur Wikipédia russe, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=43884010
Imaginez un parpaing constitué de 60% de papier, et vous avez compris le principe du liant-papier. Pour en obtenir 100 kg, comptez 60 kg de papier recyclé, 30 kg de chaux hydraulique et 10 litres d’eau7.
Ces avantages et inconvénients sont (entre autres) :
(+) plus écologique qu’un parpaing classique
(+) plus isolant
(+) plus léger
(+) possible de fabriquer soi-même moyennant temps et outillage (bétonnière ou mélangeur)
(-) caractéristiques mécaniques moindres – par rapport au parpaing classique ou à la brique
(-) risques vis-à-vis des assurances : Il n’existe pas de référence technique ou d’instruction issues des organismes de contrôle ou d’identification dans les documents unifiés
Vous auriez au final un matériau utilisable en construction, que vous avez pu fabriquer localement8, avec un coefficient d’isolation tout à fait satisfaisant au regard de l’aspect “fait maison” de la solution.
Futuriste : Le Aircrete et les dômes banchés
La combinaison des formes et des matériaux permet d’innover dans l’écoconstruction
Le aircrete est encore un béton, avec toutefois une particularité de taille. Il est additionné de mousse!
découpe de plaque en aircrete (https://diyaircrete.com)
moulage (https://diyaircrete.com)
adjonction de mousse et parpaings (https://diyaircrete.com)
(+) sensiblement plus économe en matériaux (20% d’air ajouté, selon le site précité)
(-) je suppose que la résistance mécanique est moindre
Les autres intérêts de cette méthode selon certains utilisateurs sont la possibilité de construire des maisons résistantes mécaniquement, résistantes au feu et aux insectes, mais malgré tout légère, sans autre matériau que le aircrete, dont la fabrication pourrait être assurée localement moyennant le matériel adapté.
Combiner forme et matériau
Ce que je trouve redoutablement intelligent dans un système comme le dôme en aircrete est la conjonction des avantages de la forme et du matériau :
La moindre résistance mécanique du aircrete est compensé par celle du dôme
La légèreté de l’ensemble est compensée par la fluidité avec laquelle le vent s’écoule sur une sphère
La complexité de construire un dôme peut-être compensée par la fabrication locale de panneaux pré-fabriqués (industrie à petite échelle)
S’inspirer de la nature sans renier la modernité, pour mieux construire
En conclusion, j’espère que aurez pris autant de plaisir à lire cet article que moi à l’écrire. En effet, il m’est passionnant de voir l’ingéniosité dont nous pouvons faire preuve pour économiser des matériaux tout en améliorant l’empreinte environnementale de nos constructions, sans compromettre par ailleurs confort et sécurité.
Inspirés par le passé et ayant à disposition certains outils modernes, nous pouvons tenter de trouver des compromis durables et adaptés à nos écosystèmes. Suivons les exemples que laissent certains pionniers derrières eux, et n’ayons pas peur d’innover, car la doxa et les règlementations freinent l’innovation écologique dans le domaine de la construction, je le crains.
A propos de la série #30JoursPourYPenser
Pendant le confinement lié au Coronavirus : 30 jours, 30 articles, autour de la nature et de l’humain, pour comprendre et dessiner un monde durable et joyeux !
ou tout autre matériau adapté à cette construction [↩]
le poids de cet ensemble devant être plus bas que dans une construction classique, les besoins en fondation s’en trouveraient eux-même amoindris. D’ailleurs, la petite kerterre présentée ici n’a pas de fondations. [↩]
Ce qui me vient néanmoins, c’est le caractère non-standard de l’aménagement intérieur (l’obligation de construire des meubles adaptés aux courbes par exemple [↩]
Promouvoir la permaculture et les pratiques écologiques, en accompagnement des projets productifs, sociaux et écologiques, en apprenant collectivement par l’action.
Pour tendre vers une société soutenable et épanouissante!
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