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Entretien | SymBio2 : de micro à macro, X-TU à l'origine d'une nouvelle filière industrielle ? (17-04-2013)

Et si les surfaces verticales de nos villes devenaient de vastes champs algocoles ? Tel est le pari de l’agence X-TU (Anouk Legendre, Nicolas Desmazières) qui, dans le cadre du consortium SymBio2, vient d’obtenir une aide de l’Etat* pour réaliser demain ce qui hier semblait utopique, c’est-à-dire la création de biofaçades où sont cultivées des microalgues produisant de la biomasse. Précisions avec Olivier Scheffer, Directeur Recherche & Développement chez X-TU.

Architecture industrielle | France | X-TU

Le Courrier de l’Architecte : Quand, comment et pourquoi l’agence X-TU a-t-elle lancé cet ambitieux projet de biofaçade et en quoi consiste-t-il ?

Olivier Schaeffer : L’idée est née en 2007. Nièce d’agronomes et mère d’une biologiste, Anouk Legendre a développé très tôt un fort intérêt pour ces domaines. Avec Nicolas Desmazières, elle a mené, dans le cadre de différents projets, une approche éco-systémique et circulaire de la ville basée sur les échanges entre différents programmes urbains, industriels ou agricoles. Même si Anouk et Nicolas n’utilisaient pas encore, en 2007, le terme de bio-mimétisme, leurs recherches d’alors consistaient bien à appréhender, via des façades servant de champs de culture, les bâtiments tels des organismes vivants.

S’étant renseignés sur les microalgues, ils ont constaté qu’il y a une très forte complémentarité entre ces organismes et le nôtre. Les microalgues produisent de l’oxygène et se nourrissent de dioxyde de carbone ; ça tombe bien, c’est ce que rejettent nos bâtiments. Comme nous, la plupart des microalgues vivent entre 18 et 25°C, ont besoin de soleil, comme nous, ainsi que de nutriments tels des phosphates qui existent dans les eaux usées rejetées par les bâtiments.

Une fois ce constat réalisé, ne restait donc plus qu’à associer microalgues et bâtiments dans le cadre d’un système symbiotique afin que l’un et l’autre tirent profit de leurs échanges thermiques et chimiques, d’où l’intitulé du projet. En cultivant ces microalgues dans des biofaçades, sortes de serres verticales, nous avons constaté, en simulation, que nous diminuions jusqu’à 80% l’énergie thermique nécessaire par rapport à leur culture en bassin. Inversement, nous avons procédé à une simulation thermique avec le bureau d’études Oasiis et, en ajoutant une biofaçade sur une tour RT 2012, nous réduisons jusqu’à 50% ses besoins en chauffage et en rafraîchissement.

02(@X-TU).jpgSans oublier qu’in fine les microalgues produisent de la biomasse...

Oui, l’enjeu final est la création de bâtiments photosynthétiques qui créent, grâce à la culture de microalgues, de la biomasse, pour des applications dans les domaines de la santé, des cosmétiques, de la nutrition, voire un jour énergétique. L’enjeu ultime étant de réduire l’empreinte écologique des villes en les rendant productrices de biomasse en leur coeur.

En fait, les microalgues sont très riches : elles contiennent des omégas, des antioxydants, mais aussi des protéines, des lipides, des huiles et des sucres. Via une opération de raffinage, c’est-à-dire de fractionnement des cellules, elles peuvent produire des molécules destinées à l’industrie pharmaceutique, à l’alimentation, ainsi que des algocarburants. Une fois que tout cela est extrait, il ne reste que des déchets qui, en brûlant, se muent en énergie. Un des grands enjeux du projet de recherche SymBio2, sur lequel travaillent nos partenaires spécialistes des microalgues AlgoSource Technologies et le GEPEA, n’est pas seulement de se contenter de récupérer des calories mais de tout valoriser en procédant au bioraffinage des microalgues.

Au-delà du savoir-faire de nos partenaires en matière de culture et de valorisation des microalgues, le concept de biofaçade est essentiel car il assure une partie importante de la régulation thermique des cultures, laquelle représente le premier poste du coût de revient de la production de biomasse algale aujourd’hui dans les systèmes plus classiques.

Conçues par X-TU et développées avec R.F.R. et Oasiis, ces biofaçades sont de véritables serres verticales qui procèderont à des échanges thermiques avec leur bâtiment hôte. En effet, grâce à un système avancé de double-peau à ventilation naturelle assistée contrôlée, la biofaçade rafraîchira le bâtiment l’été et contribuera à le réchauffer l’hiver, tout en assurant la régulation thermique des microalgues entre 18 et 25°C. Par ailleurs, les photobioréacteurs, ces éléments vitrés remplis de microalgues, seront plus ou moins opaques selon leur densité, jouant ainsi un rôle de brise soleil dynamique.

03(@X-TU)_B.jpgA l’origine, la biofaçade conçue par X-TU était composée de tubes et non d’un simple plan. Pourquoi ce changement ?

De 2008 à 2010, avec d’autres partenaires à l’époque**, X-TU avait effectivement commencé par imaginer insérer des photobioréacteurs en forme de colonnes verticales, développés par la société espagnole Bio Fuel Systems. Or, ce système était trop contraignant structurellement pour le bâtiment car conçu avant tout pour une culture à grande échelle et à même le sol.

C’est alors qu’Anouk Legendre a rencontré Jack Legrand, le Directeur du GEPEA, qui lui a expliqué que le photobioréacteur plan était bien plus efficace pour minimiser le volume d’eau et maximiser la surface d’exposition au soleil. Anouk a immédiatement imaginé en faire un produit verrier intégré directement en mur-rideau.

Comment se présentera cette double peau ?

Un bâtiment de bureaux HQE ayant besoin d’environ 50% d’ouvertures pour accueillir la lumière naturelle, il est facile d’imaginer que les unités composant les biofaçades, c’est-à-dire les photobioréacteurs, remplacent les espaces dédiés aux allèges. En fait, les surfaces, les implantations, les formes, le calepinage pourront varier selon les projets. 

Certes, dans la mesure où la biofaçade intègre des photobioréacteurs, qui sont d’une certaine manière des aquariums techniques, il y a une profondeur incompressible à respecter mais nous travaillons avec le GEPEA à optimiser le dessin de ces photobioréacteurs afin qu’ils soient les plus fins possibles. Les premiers prototypes, qui viennent tout juste d’être livrés, mesurent douze centimètres d’épaisseur pour 2,60 mètres de haut et soixante centimètres de large. Et les prochains seront encore plus fins.

04(@X-TU)_B.jpgImaginons une ville aux bâtiments entièrement équipés de biofaçades, remplies d’algues vertes : ne seront-elles pas toutes identiques ?

Pas du tout. Les teintes des microalgues, qui ont un cycle de vie d’une journée à trois, quatre jours, varient selon les souches cultivées, leur stade de développement ou les modalités de culture et, en quelques heures, peuvent aller du vert pomme au rouge vif. Toutes les couleurs de l’arc-en-ciel seront contenues dans les biofaçades.

Par ailleurs, les photobioréacteurs sont des ombrières dynamiques. En effet, leur opacité évoluera selon la journée. Le matin, ils seront plus translucides à cause de la faible concentration des microalgues, à 14 heures ils seront totalement opaques et, lors de la récolte, vers 17 heures, ils redeviendront translucides.

Comment se déroulera la récolte de ces microalgues ?

Tous les bioréacteurs sont reliés entre eux jusqu’à un local technique situé en sous-sol qui récoltera, étage par étage pour éviter la pression, les microalgues à l’aide d’une plomberie somme toute classique.

05(@X-TU)_B.jpgQuels sont les défis qui restent à relever pour que SymBio2 se concrétise et quel est votre calendrier ?

Aujourd’hui, il s’agit surtout d’industrialiser les prototypes. Le premier défi à relever est le coût ; notre objectif est de faire des biofaçades un équipement standard du bâtiment. Un autre défi concerne la régulation thermique ; or, justement, la biofaçade représente la solution à ce problème. Le troisième défi est la quantité d’eau à traiter et à chauffer, un défi d’ores et déjà relevé en réduisant l’épaisseur des photobioréacteurs.

Avec l’aide de la Région Ile-de-France, X-TU a investi dans un banc d’essai, c’est-à-dire un bâtiment de vingt mètres carrés avec une façade sud équipée d’équipements de collecte de données. Ce banc d’essai sera paré dès la mi-avril 2013*** de trois trames différentes de biofaçades : une version pleine qui pourrait parer les surfaces aveugles d’une usine par exemple, une version 'bureaux' opaque à 50% et une version 'logements' en loggia. Il faut préciser ici que ces biofaçades sont tout à fait exploitables dans le cadre de projets de rénovation.

Nous allons mesurer l’impact de ces trois trames grâce au banc d’essai qui sera livré fin avril. En mai, le GEPEA l’aura entièrement équipé pour qu’il entre en fonction en juin. Les études seront menées de juin à août ; nous aurons alors suffisamment de données pour commencer à étudier, dès septembre, la mise en place d’une biofaçade de plusieurs centaines de mètres carrés sur la centrale de valorisation de déchets ménagers de Nantes Métropole dont Séché environnement a l’exploitation (projet pour lequel SymBio2 a obtenu l’aide du FUI*, ndlr), un projet qui devrait être livré courant 2015.

06(@X-TU)_B.jpgL’enjeu final ?

C'est le montage d’une filière de capteurs solaires biologiques pour le bâtiment. Nous avons réalisé des projections économiques non pas simplement en démultipliant les bâtiments équipés de biofaçades mais à partir des projections basses de l’évolution du marché des microalgues. De 20.000 tonnes aujourd’hui, il passerait à 100.000 tonnes en 2030, dont 20.000 en biofaçades et nous espérons occuper alors 50% de ce marché.

Une surface de culture verticale de plusieurs centaines d’hectares, qui épargnera par ailleurs l’utilisation des terres agricoles et d’espaces naturels.

Propos recueillis par Emmanuelle Borne

* Ayant obtenu une aide de 1,7M d’euros dans le cadre du 15e appel à projets du Fonds Unique Interministériel, le projet SymBio2 (chiffré à 4,9M euros) réunit X-TU Architects (inventeur et coordonnateur), Séché environnement (porteur du projet), AlgoSource Technologies (ingénierie de la production algale), le laboratoire de recherches GEPEA (laboratoire de recherches sur les systèmes de culture contrôlée de microalgues de l’Université de Nantes, l’Ecole des Mines de Nantes et l’Oniris, UMR6144 du CNRS) et le bureau d’études environnementales Oasiis
** De 2008 à 2010, l’agence X-TU était associée à BFS (Bio Fuel Systems) afin de réaliser trois études de faisabilités pour des tours équipées de biofaçades à La Défense et à Paris (B3A) pour Icade
*** Cet entretien s'est déroulé le 11 avril 2013.

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