Pourrons-nous un jour… vivre dans des bâtiments de la taille d’une ville ?

Les villes de science-fiction sont souvent dépeintes comme des structures globales et autonomes, mais dans quelle mesure est-il possible de construire une ville colossale dans un bâtiment ?

Les villes fermées sont devenues un raccourci narratif pour les établissements futuristes de la science-fiction. Ce sont des habitats autonomes, qui intègrent toutes les infrastructures essentielles, notamment la production d’énergie, la production alimentaire, la gestion des déchets et l’eau.

Le concept d’arcologie – un terme portmanteau combinant architecture et écologie – a été proposé par l’architecte Paolo Soleri en 1969, alors qu’il cherchait à combiner construction et philosophie écologique. Un an plus tard, Soleri a commencé à travailler sur Arcosanti, une ville expérimentale en Amérique, qui a démontré ses concepts.

Les concepts de Soleri ont inspiré la science-fiction avec une vision des villes futuristes : des habitats monolithiques où la population vit et travaille sans jamais quitter le bâtiment. Parmi les exemples cinématographiques, citons les gratte-ciel massifs de Dredd (basé sur le personnage de la bande dessinée Judge Dredd) et Skyscraper, bien que peu de détails soient donnés sur leur fonctionnement.

La science-fiction, quant à elle, a pu inspirer certaines variantes du monde réel. La ligne proposée par l’Arabie saoudite est présentée comme une ville intelligente massive qui pourrait abriter neuf millions de personnes dans un seul bâtiment de 200 m de large, s’étendant sur 170 km et mesurant 500 m de haut. La ligne serait alimentée par l’énergie solaire et les éoliennes, mais ne serait pas entièrement autosuffisante, car les résidents auraient toujours besoin de nourriture et d’autres fournitures, qui devraient provenir de sources extérieures.

Certaines structures similaires aux arcologies existent déjà. Par exemple, les bases de recherche en Antarctique sont des communautés relativement autosuffisantes, principalement en raison de leur éloignement. Les protections environnementales environnantes signifient également qu’elles doivent être autonomes. La station McMurdo fournit des logements à environ 3 000 chercheurs et employés de soutien. Cependant, la station a besoin d’un approvisionnement important en nourriture et en carburant chaque année.

Les porte-avions, les sous-marins nucléaires et les plates-formes pétrolières sont d’autres structures conçues pour être aussi autonomes et autosuffisantes que possible. Ces structures disposent de tous les espaces de vie et de travail nécessaires à l’équipage, même s’ils sont utilisés à court terme. Un porte-avions doit être réapprovisionné toutes les quelques semaines, tandis qu’un sous-marin nucléaire peut rester sous l’eau jusqu’à quatre mois. Cependant, aucun de ces deux types de navires n’est particulièrement agréable à vivre. Les sous-marins, en particulier, sont exigus et malodorants, les chambres à coucher peuvent être partagées et l’équipage se voit prescrire des suppléments de vitamine D en raison du manque de lumière du jour.

Mais pourrait-on vraiment construire une arcologie ? La taille d’une telle structure nécessiterait des fondations massives afin de supporter son poids. « Vous pouvez construire presque tout ce qui est raisonnable », déclare l’ingénieur structurel Monika Anszperger de BSP Consulting. « Les charges seraient massives, mais rien n’est irréalisable. Cela coûtera juste plus cher de construire les fondations nécessaires. »

Le plus grand défi causé par la hauteur d’un bâtiment est l’effet du vent. La charge du vent n’est pas un problème pour une maison ordinaire, mais les tours colossales, comme la Burj Khalifa à Dubaï, doivent tenir compte de l’écoulement du vent et des tourbillons qui en résultent. Un tourbillon est l’effet provoqué par le vent qui frappe la surface d’un bâtiment, créant une zone de basse pression sur le côté opposé, puis tourbillonnant autour pour la remplir. C’est cette action tourbillonnaire qui provoque le balancement des grands bâtiments en cas de vent fort.

Les effets du balancement peuvent aller de l’ondulation des boissons à l’effondrement de la structure. Le pont de Tacoma Narrows, dans l’État de Washington, s’est effondré en 1940 en raison des vents violents qui ont induit des oscillations de plus en plus fréquentes (mouvements rapides) sur le pont, au point que celui-ci s’est déchiré en morceaux. Les effets des tourbillons peuvent être atténués par l’utilisation d’un amortisseur de masse accordé (un dispositif permettant de réduire les vibrations) pour diminuer le mouvement, ainsi que par la conception de la structure pour perturber le flux du vent.

« L’une des façons d’atténuer les tourbillons est de modifier la forme du bâtiment au fur et à mesure qu’il s’élève », explique Adrian Smith, l’architecte de nombreux grands bâtiments, dont Burj Khalifa. « Si vous ne changez pas la forme du bâtiment, ce tourbillon a la possibilité de se construire sur lui-même et de créer des vagues de mouvement. Elles se synchronisent avec la structure du bâtiment et provoquent un effondrement progressif. »

Par conséquent, plutôt que de construire une arcologie comme une structure à murs de cisaillement, comme présenté dans Dredd, il est plus probable qu’elle soit construite pour perturber le flux du vent, par exemple en employant une construction en escalier, comme les anciennes structures méso-américaines.

Un autre défi majeur est la production d’énergie. Les technologies d’énergie renouvelable, comme les panneaux solaires et les éoliennes, pourraient être facilement montées sur l’extérieur d’une arcologie, mais il est peu probable qu’elles fournissent une solution énergétique complète à elles seules. Comme elles ne seraient efficaces qu’à certains moments, des systèmes de production d’énergie de secours et de stockage d’énergie seront nécessaires en cas de pénurie.

Les réacteurs nucléaires sont une solution alternative possible pour la production d’énergie. Les petits réacteurs modulaires (SMR), versions miniaturisées fabriquées en usine de réacteurs nucléaires avancés, sont des sources d’énergie compactes et efficaces. Les SMR présentent certains avantages par rapport aux grands réacteurs, en termes de sécurité accrue et de prévention de la prolifération des matières nucléaires. Toutefois, comme pour tous les réacteurs à fission, le traitement et le stockage des déchets nucléaires constituent un défi. Les réacteurs à fusion seraient également plus sûrs et fourniraient des formes d’énergie plus propres, mais les modèles actuels ne sont ni compacts (l’un d’eux, Iter, devrait peser 23 000 tonnes) ni financièrement viables, car aucun n’a encore produit plus d’énergie qu’il n’en consomme.

La production alimentaire doit également être prise en compte. L’agriculture conventionnelle serait peu pratique à l’intérieur d’un bâtiment. Des fermes hydroponiques verticales pourraient être utilisées, ce qui permettrait également une forme naturelle de recyclage de l’air. Toutefois, l’éclairage nécessaire augmenterait la demande énergétique et les contraintes d’espace pourraient rendre difficile la production d’une quantité suffisante de nourriture.

Tout le monde ne voit pas d’avenir aux immeubles de grande hauteur

L’arcologie décrite dans le roman Water Knife de Paolo Bacigalupi utilisait une série de bassins de filtration pour recycler l’eau, ce qui est plausible. Cependant, des pertes sont inévitables dans tout système de recyclage. La station spatiale internationale (ISS) recycle environ 17,3 litres d’eau par jour, y compris l’urine et la transpiration, mais a besoin d’un approvisionnement régulier en eau fraîche tous les quelques mois.

Tout le monde ne voit pas un avenir pour les immeubles de grande hauteur. En 2021, la Chine a interdit les nouveaux bâtiments de plus de 500 mètres de haut et a imposé de sévères restrictions aux bâtiments de plus de 250 mètres.

Il n’en reste pas moins que la population croissante de la planète doit être accueillie. L’expansion continue des villes à l’horizontale, par la construction de nouveaux terrains, n’est pas viable indéfiniment. Cela renforce l’argument en faveur d’une croissance vers le haut, en créant des villes verticales. Les villes se développent massivement, passant de 1 à 10 millions d’habitants », explique Antony Wood, directeur du département « Tall Buildings and Vertical Urbanism » de l’Illinois Institute of Technology et président du Council on Tall Buildings and Urban Habitat. « Elles ne peuvent pas être horizontales, parce que ce n’est pas durable, en termes de consommation foncière et d’énergie nécessaire à la construction et au fonctionnement d’une ville horizontale. Il faut aller à la verticale. » (Lire la suite pour savoir si nous manquons d’espace).

Au lieu de tours indépendantes, les bâtiments pourraient être reliés entre eux par des ponts terrestres, créant ainsi des espaces verts entre eux. Cependant, construire toujours plus haut avec un réseau de ponts terrestres risque de mettre dans l’ombre les niveaux inférieurs, rendant les niveaux supérieurs toujours plus désirables, ce qui conduit à un système hiérarchique structuré.

« Je vois les villes s’étendre verticalement près des zones de transit et je les vois certainement s’étendre horizontalement aussi », dit Smith.

Il est difficile de voir comment les arcologies pourraient être rendues économiquement viables dans un avenir proche.

Les effets du changement climatique devenant de plus en plus évidents, les matériaux utilisés pour construire les villes pourraient changer. Les émissions de carbone de l’industrie du ciment sont plus importantes que celles du secteur de l’aviation.  Un matériau de construction alternatif pourrait être le bois de masse : un produit d’ingénierie créé à partir de panneaux de bois superposés et reliés entre eux. « La quantité d’énergie nécessaire pour produire du bois de masse est une fraction de ce qu’il faudrait pour produire les mêmes matériaux en acier ou en béton », explique M. Wood. « Pendant qu’il se produit lui-même, il séquestre le carbone de l’atmosphère ».

Bien que la construction d’une arcologie soit théoriquement possible, du moins d’un point de vue structurel, elle nécessiterait une ingénierie inventive pour s’assurer que les systèmes nécessaires de production d’énergie, de production alimentaire et de valorisation des déchets sont durables. Les critiques disent qu’il est difficile de voir comment les arcologies pourraient être rendues économiquement viables dans un avenir proche. Il y a aussi l’argument selon lequel il ne serait pas agréable de vivre en permanence dans un espace clos, même s’il est réconfortant de savoir que cela est possible, au cas où un événement apocalyptique rendrait le monde extérieur inhabitable.

« Je ne dirais jamais que quelque chose ne peut pas être construit », conclut Anszperger. « C’est possible, mais il faut qu’il y ait une vision et un besoin pour cela ».

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