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BiomiMETRIC: développement d’un outil pour la conception biomimétique et application à l’étude de scénarios de mobilité urbaine

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Terrier, Philippe (2021). BiomiMETRIC: développement d’un outil pour la conception biomimétique et application à l’étude de scénarios de mobilité urbaine. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le biomimétisme, et plus spécifiquement la conception biomimétique encadrée par la norme ISO 18458, présente un fort potentiel d’innovation dans des domaines comme l’ingénierie, le design ou encore l’architecture. Cependant, ces approches puisant leur inspiration dans l’observation et la compréhension du vivant manquent de quantification. Cette faiblesse, en termes d’évaluation de la réelle performance biomimétique ou environnementale d’une solution, limite la diffusion et l’usage plus systématique de l’approche biomimétique dans les disciplines, comme l’ingénierie, qui mobilisent habituellement de nombreuses approches quantitatives.

L’objectif principal de cette thèse consiste à développer un outil quantitatif d’aide à la conception biomimétique, et à l’appliquer à l’évaluation de scénarios en mobilité urbaine, afin d’évaluer leur performance au regard des principes répondant aux différentes dimensions du biomimétisme. Pour atteindre cet objectif, cette thèse apporte trois principales contributions à l’avancement des connaissances.

La première contribution porte sur l’association des méthodes d’évaluation des impacts issues de l’analyse de cycle de vie (ACV) avec les dix principes de biomimétisme ou principes du vivant. Cette approche permet de réduire la subjectivité de la démarche actuelle d’évaluation biomimétique en proposant une mesure quantitative de la performance biomimétique d’une solution, d’un produit, d’un système ou d’un service.

La seconde contribution se présente sous la forme du développement de BiomiMETRIC, un outil de quantification de la performance biomimétique, qui bonifie la méthodologie de conception biomimétique en rendant la démarche de conception opérationnelle. En effet BiomiMETRIC quantifie les dix principes de biomimétisme grâce aux méthodes utilisées en ACV, en plus de proposer une liste de questions évaluées et pondérées, pour chaque principe de biomimétisme. Il en ressort une comparaison chiffrée permettant aux utilisateurs d’identifier les caractéristiques des options évaluées et d’éclairer le processus de sélection de l’option choisie.

La troisième contribution porte sur l’utilisation de l’approche innovante proposée par BiomiMETRIC, afin de comparer cinq scénarios de mobilité urbaine des personnes à travers une étude de cas associée au contexte des déplacements des usagers à l’heure de pointe sur l’Île de Montréal. Le scénario « Résilience Aléas » issus d’une approche systémique et prospective affiche le meilleur compromis en termes de mise en oeuvre, et de performance biomimétique. « Résilience Aléas » qui propose un cocktail de mobilité collective, mobilité active et d’électrification des transports, présente une performance biomimétique plus élevée et donc des impacts environnementaux systématiquement plus faibles que le scénario Statu Quo initial. L’outil BiomiMETRIC a permis de révéler une réduction au niveau de la consommation de matériaux (-75,7 %), de la demande en énergie (-72,1 %), de la consommation de ressources fossiles (-74,5 %), de la consommation d’eau (-55,0 %), des émissions de GES (-72,5 %), du cumul de substances toxiques (-72,9 %), ainsi que de l’occupation du sol (-68,2 %).

Destiné à tous ceux ayant un intérêt pour la conception biomimétique, tels que les designers, architectes ou ingénieurs, en complément à la norme ISO 18458, BiomiMETRIC apporte une réponse à la question : « Comment évaluer quantitativement la performance de diverses alternatives afin de sélectionner celle ayant le meilleur potentiel environnemental et biomimétique? ». L’utilisation de BiomiMETRIC permet de caractériser les options évaluées en regard des principes de biomimétisme, de quantifier la performance biomimétique d’une potentielle innovation, et enfin de faciliter le processus de prise de décision par les parties prenantes.

Titre traduit

Biomimetric: development of a tool for biomimetic design and application to the study of urban mobility scenario

Résumé traduit

Biomimicry, and more specifically biomimetic design framed by the ISO 18458 standard, have strong potential for innovation in engineering, design or architecture. However, these approaches, drawing their inspiration from the observation and understanding of living things, lack quantification. This weakness in terms of evaluating the real biomimetic or environmental performance of a solution limits the dissemination and more systematic use of the biomimetic approach in disciplines that usually mobilize many quantitative approaches such as engineering.

The main objective of this thesis is to develop a quantitative tool to aid in biomimetic design, and to apply it to the evaluation of scenarios in urban mobility, in order to improve their sustainability. To achieve this objective, this thesis brings three main contributions to the construction of knowledge.

The first contribution consists of the association of impact assessment methods derived from life cycle analysis (LCA) with the ten principles of biomimicry or principles of life. This less subjective approach than the current assessment will ensure a quantitative measure of the biomimetic performance of a solution or product.

The second contribution comes in the form of the development of BiomiMETRIC, a tool for quantifying biomimetic performance, which improves the biomimetic design methodology by making the design process more operational. Indeed, BiomiMETRIC quantifies the ten principles of biomimicry thanks to the methods used in LCA, in addition to proposing a list of questions evaluated, for each principle of biomimicry. The result is a numerical comparison allowing the designer to select the best biomimetic options.

The third contribution concerns the use of the innovative approach proposed by BiomiMETRIC, in order to compare five scenarios of urban mobility of people through a case study associated with the context of users' trips during rush hour on the island. from Montreal. The "Resilience Aléas" scenario resulting from a systemic and prospective approach displays the best compromise in terms of implementation and biomimetic performance. "Résilience Aléas", which offers a cocktail of collective mobility, active mobility and transport electrification, has a higher biomimetic performance and therefore systematically lower environmental impacts than the initial Status Quo scenario. BiomiMETRIC revealed a reduction in the consumption of materials (-75.7%), in energy demand (-72.1%), in the consumption of fossil resources (-74.5%), in water consumption (-55.0%), in GHG emissions (-72.5%), in the accumulation of toxic substances (-72.9%), as well as land use (-68.2%).

Intended for all those with an interest in biomimetic design, such as designers, architects or engineers, in addition to the ISO 18458 standard, BiomiMETRIC provides an answer to the question: "How to quantitatively assess the performance of various alternatives in order to select the one with the best environmental and biomimetic potential?". The use of BiomiMETRIC will make it possible to characterize the options evaluated with regard to the principles of biomimicry, to quantify the biomimetic performance of an innovation, and finally to facilitate the decision-making process by the stakeholders.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse présentée à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention du doctorat en génie". Comprend des références bibliographiques (pages 161-171).
Mots-clés libres: biomimétisme, méthodologie de conception biomimétique, outil de conception en ingénierie, analyse de cycle de vie, mobilité urbaine durable
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Glaus, Mathias
Codirecteur:
Codirecteur
Raufflet, Emmanuel
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 24 janv. 2022 16:37
Dernière modification: 24 janv. 2022 16:37
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2850

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