Pas de climatisation ? Pas de problème, si les bâtiments copient les tunnels en réseau des termitières

Les monticules que certaines espèces de termites construisent au-dessus de leurs nids ont longtemps été considérés comme une sorte de contrôle climatique naturel intégré, une approche qui a intrigué les architectes et les ingénieurs désireux de concevoir des bâtiments plus écologiques et plus économes en énergie imitant ces principes. Des décennies de recherche ont été consacrées à la modélisation du fonctionnement de ces monticules. Un nouvel article publié dans la revue Frontiers in Materials offre de nouvelles preuves en faveur d’un modèle de système intégré dans lequel le monticule, le nid et ses tunnels fonctionnent ensemble comme un poumon.

L’exemple le plus célèbre de l’influence des termitières dans l’architecture est peut-être l’Eastgate Building à Harare, au Zimbabwe. C’est le plus grand complexe commercial et commercial du pays, et pourtant il utilise moins de 10% de l’énergie consommée par un bâtiment conventionnel de sa taille car il n’y a pas de climatisation centrale et seulement un système de chauffage minimal. L’architecte Mick Pearce a basé sa conception dans les années 1990 sur les principes de refroidissement et de chauffage utilisés dans les termitières de la région, qui servent de fermes à champignons pour les termites. Les champignons sont leur principale source de nourriture.

Les conditions doivent être idéales pour que le champignon se développe. Ainsi, les termites doivent maintenir une température constante de 87° F dans un environnement où les températures extérieures varient de 35° F la nuit à 104° F pendant la journée. Les biologistes ont longtemps suggéré de le faire en construisant une série d’évents de chauffage et de refroidissement dans leurs monticules, qui peuvent être ouverts et fermés pendant la journée pour maintenir la température à l’intérieur constante. L’Eastgate Building s’appuie sur un système similaire d’évents et de panneaux solaires bien placés.

Il existe différents types de termitières, selon les espèces, ce qui rend l’identification des principes universels un peu délicate. Par exemple, en 2019, des scientifiques de l’Imperial College de Londres ont étudié les monticules d’un autre type de termites africaines communes au Sénégal et à la Guinée. Cette espèce ne cultive pas de champignons, de sorte que leurs monticules n’ont pas les cheminées distinctives et les ouvertures en forme de fenêtre des termitières du Zimbabwe qui ont inspiré la conception de Pearce pour l’Eastgate Building. Il n’y a aucune ouverture visible du tout; au lieu de cela, il y a des pores, le résultat naturel de la façon dont les monticules sont faits – en empilant des boulettes de sable mélangées à de la broche de termite et de la terre. Ce sont ces pores qui aident la structure à « respirer » et à sécher plus rapidement après de fortes pluies.

Dans le cas des termitières du Zimbabwe, le mécanisme précis a longtemps fait l’objet de débats. Est-ce une forme de flux induit (alias « l’effet de cheminée »), le fait que la chaleur des habitants de la colonie fait monter et sortir l’air à travers les évents du monticule (flux thermosiphon), ou une combinaison ? Ou peut-être qu’un autre type de modèle est nécessaire.

Le physiologiste Scott Turner de SUNY-Syracuse et Rupert Soar de l’Université de Nottingham Trent ont co-écrit un article de 2008 affirmant que Pearce s’était appuyé sur des hypothèses erronées lorsqu’il a conçu le bâtiment Eastgate. Plus précisément, il n’y a aucune preuve solide que les termites régulent la température de leurs nids. La conception de Pearce a néanmoins été un succès, mais Turner et Soar ont imaginé « des bâtiments qui ne sont pas simplement inspirés par la vie – des bâtiments biomimétiques – mais qui sont, en un sens, aussi vivants que leurs habitants et la nature vivante dans laquelle ils sont intégrés ».

Ce dernier article de Soar et David Andréen de l’Université de Lund en Suède explore une hypothèse alternative proposée pour la première fois par Turner en 2001. Dans ce scénario, la termitière est un élément d’un système intégré plus large qui intègre le monticule, le nid souterrain et le réseau complexe en forme de treillis de tunnels excavés connu sous le nom de « complexe de sortie », qui pourrait agir comme un moteur pour les flux d’air sélectifs. Turner envisageait ce système comme un analogue fonctionnel d’un poumon, laissant entrer l’oxygène et laissant s’échapper le dioxyde de carbone. Concrètement, il s’agit d’un échangeur de gaz polyphasique.

Les termites sont également capables d’obtenir une évaporation plus rapide de l’excès d’eau après la pluie en transportant et en déposant l’eau autour des tunnels de sortie. Ces tunnels sont ventilés le plus fortement par les vents, accélérant l’évaporation sans perturber l’oxygène/CO₂ équilibre à l’intérieur du nid.

Soar et Andréen voulaient démontrer que le complexe de sortie pouvait être utilisé pour favoriser les flux d’air, de chaleur et d’humidité dans la conception architecturale. « Lors de la ventilation d’un bâtiment, vous souhaitez préserver le délicat équilibre de température et d’humidité créé à l’intérieur, sans entraver le mouvement de l’air vicié vers l’extérieur et de l’air frais vers l’intérieur », a déclaré Soar. « La plupart des systèmes HVAC luttent avec cela. Ici, nous avons une interface structurée qui permet l’échange de gaz respiratoires, simplement motivée par les différences de concentration entre un côté et l’autre. Les conditions à l’intérieur sont ainsi maintenues. »