Murs biodiverses, une architecture support de biodiversité : définition et étude théoriques, techniques et biologiques

Biodiverse Walls, an Architecture that Supports Biodiversity : Theoretical, Technical and Biological Definition and Study

• Auteur / Autrice : Delphine Lewandowski
• Direction : Robert Le Roy, Philippe Clergeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Architecture
• Date : Soutenance le 29/11/2023
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ville, Transports et Territoires (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Géométrie, structure, architecture (Paris) - Laboratoire Géométrie, structure, architecture (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Nathalie Machon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Robert Le Roy, Philippe Clergeau, Evelyne Kolb, Nathalie Tornay, Xavier Lagurgue, Léa Mosconi, Sophie Deramond
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Evelyne Kolb, Nathalie Tornay

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biodiversité urbaine

Murs végétalisés

Écologie urbaine

Mots clés libres

Ecologie urbaine

Murs végétalisés (VGS)

Architecture écologique

Murs vivants (LWS)

Bioréceptivité

Biodiversité urbaine

Urban Ecology

Vertical Greening Systems (VGS)

Ecological Architecture

Living Wall Systems (LWS)

Bioreceptivity

Urban Biodiversity

Résumé

La thèse s’inscrit dans le contexte de végétalisation des bâtiments en réponse aux crises environnementales actuelles. Les murs biodiverses, nouveaux systèmes de végétalisation verticale spécialement conçus pour accueillir le vivant, sont des solutions pour contribuer aux continuités écologiques à l’échelle de la ville, tout en jouant le rôle de régulateurs thermiques. L’enjeu de cette recherche est de définir et d'étudier les conditions d’accueil de la biodiversité dans le système spécifique de mur « biodiversitaire », dont la particularité est d’intégrer un réseau continu de substrat organique interne. Les conditions d’accueil du vivant soulèvent des questions de recherche qui portent sur la gestion de l’eau, l’installation et le maintien des plantes et du substrat à la verticale, la bioréceptivité des matériaux (leur capacité à accueillir des organismes vivants), et la morphologie spécifique faites d’interstices et d’irrégularités. La conception et l’étude du fonctionnement de tels systèmes a nécessité une approche transversale et multidisciplinaire qui dépasse la discipline architecturale et qui touche aussi bien à la science des matériaux, à l’écologie urbaine et à la science des sols, dont l’état de l’art est présenté au Chapitre 1. Trois expérimentations ont été réalisées au cours de la recherche pour tenter de répondre à ces questions.La première porte sur la réalisation et l'étude du comportement de trois types de murs biodiversitaires maçonnés (deux en briques d’argile cuite et un en pierre sèche) à l’échelle 1 :1. Leur fonctionnement et les interactions entre le vivant et l’architecture ont été étudiés sur une durée de plusieurs saisons (Chapitre 2). Les paramètres d’influence sur la biodiversité sont l’orientation, la hauteur, l’humidité du substrat, les caractéristiques des matériaux (pH, densité, capacité thermique et albédo) et la morphologie des murs (ouverture en façade, volume et rapport vide/plein). Les résultats ont permis de formuler des recommandations de conception pour agrémenter le cahier des charges. Les deux expérimentations suivantes ont porté sur des aspects précis du système (Chapitre 3). La première étudie la bioréceptivité des matériaux et a conduit à proposer une méthode originale d’évaluation des propriétés agronomiques des matériaux de construction. Pour cela, à l’échelle de pots placés sous serre, le développement de deux plantes muricoles a été suivi dans différents matériaux (trois bétons et une brique d’argile cuite) concassés et mélangés avec le même substrat de base utilisé dans les prototypes de murs biodiversitaires, avec et sans ajouts de compost. En comparant ces derniers entre eux, nous montrons quels aspects des matériaux jouent un rôle important dans la croissance végétale et dans les interactions avec le substrat. Nous mettons en particulier en évidence l'influence du pH sur la croissance des plantes. L'expérimentation suivante a porté sur l’influence de la composition du substrat sur son tassement et sa teneur en eau, en situation verticale. Il est clairement montré que le substrat doit être optimisé avec une granulométrie particulière, notamment avec une proportion importante de gros grains rigides, pour éviter un tassement important. Des recommandations sur l’optimisation de la composition du substrat, en vue d’en limiter le tassement tout en favorisant une répartition équilibrée de l’eau sur la hauteur, ont pu être proposées.Enfin, à partir des résultats de ces expérimentations, de l'étude de recommandations de conception existantes et d'analyse d’application existantes, le dernier chapitre propose les bases d’une méthodologie de conception et d’application des murs biodiverses, afin de soutenir le développement d’une biodiversité locale et spontanée en ville et son intégration architecturale et urbaine à long terme

This dissertation was written in the context of the greening of building skins in response to current environmental crises. Biodiverse walls, which are vertical greenery systems specially designed to host living organisms, are a solution that can contribute to ecological continuity on a local scale, while also acting as a thermal regulator. The aim of this research is to define and study the conditions under which biodiversity can thrive in a certain type of biodiverse walls, which feature a continuous network of internal organic substrate. The conditions for hosting living organisms raise research questions concerning water management, the installation and maintenance of plants and substrates vertically, the bioreceptivity of materials (their ability to host living organisms), and the specific morphology made up of interstices and irregularities. Designing and studying such systems therefore required a cross-disciplinary, multi-disciplinary approach that goes beyond the architectural discipline and touches on Materials science, Urban Ecology and Soil science, the state of the art of which is presented in Chapter 1. Three experiments were carried out during the research to answer these questions.The first involves the construction and study of three types of biodiverse masonry walls (two in fired clay bricks and one in dry stone) at a 1:1 scale. Their functioning and the interactions between living organisms and architecture were studied over several seasons (Chapter 2). The parameters influencing biodiversity were orientation, height, substrate humidity, material characteristics (pH, density, heat capacity and albedo) and wall morphology (façade opening, volume and void/full ratio). The results were used to formulate design recommendations to enhance the specifications. The next two experiments focused on specific aspects of the system (Chapter 3). The first studied the bioreceptivity of materials and led to the proposal of an original method for assessing the agronomic properties of building materials. To this end, at the scale of pots placed in greenhouses, the development of two mural plants was monitored in different materials (three concretes and one baked clay brick) crushed and mixed with the same substrate used in biodiverse wall prototypes, with and without compost additions. By comparing these, we show which aspects of the materials play an important role in plant growth and interactions with the substrate. We highlight the influence of pH on plant growth. The next experiment focused on the influence of substrate composition on its compaction and water content, in a vertical situation. It was clearly shown that the substrate must be optimized with a particular granulometry, in particular with a high proportion of large, rigid grains, to avoid significant compaction. Recommendations for optimizing substrate composition, with a view to limiting soil compaction while promoting balanced water distribution over the height, have been put forward.Finally, based on the results of these experiments, the study of existing design recommendations and the analysis of existing applications, the last chapter proposes the foundations of a methodology for the design and application of biodiverse walls, in order to support the development of local and spontaneous biodiversity in cities and its long-term architectural and urban integration