Paris 2050

Dans le cadre du Plan Climat Energie de la Ville de Paris qui vise à réduire de 75% les émissions de gaz à effet de serre d’ici 2050, le projet “PARIS SMART CITY 2050” est un travail de réflexion et de recherche sur l’intégration des Immeubles de Grandes Hauteurs à énergie positive (BEPOS) et solidairement producteurs d’énergie pour les quartiers où ils sont implantés. Afin de lutter contre l’effet d’îlot de chaleur urbain tout en densifiant la ville durablement, cette étude présente 8 prototypes de tours mixtes. Ces tours rapatrient la nature au cœur de la cité et intègrent dès leur conception les règles du bioclimatisme et les énergies renouvelables et récupérables en boucle courte au travers des systèmes novateurs. Vers de nouvelles innovations sociales, elles désirent avant tout inventer de nouveaux modes de vie éco-responsables pour implémenter la qualité de vie des citadins dans le respect de l’environnement. 

Cette étude a été menée pour la Mairie de Paris par l’agence « Vincent Callebaut Architectures » en étroite collaboration avec les ingénieurs de « Setec Bâtiment » durant l’été 2014. L’histoire et les perspectives d’évolutions à 2050 des Immeubles de Grandes Hauteurs dans le contexte du Plan Climat Energie de Paris et les 8 prototypes BEPOS et/ou énergétiquement solidaires sont présentés ci-dessous en détails :

1. « MOUNTAIN TOWERS » : 

PARIS HISTORIQUE _ 1er arr., RUE DE RIVOLI 
Des tours végétales, solaires et hydrodynamiques bio-climatisant l’îlot de chaleur urbain. 

2. « ANTISMOG TOWERS » : 

PARIS HISTORIQUE _ 14ème arr., PETITE CEINTURE 
Un corridor écologique de 23 kms au cœur de Paris ponctué de tours dépolluantes photo-catalytiques. 

3. « PHOTOSYNTHESIS TOWERS » : 

PARIS MODERNE _ 15ème arr., TOUR MONTPARNASSE 
Un Central Park piézo-électrique et spiralé à la verticale aux bio-façades d’algues vertes. 

4. « BAMBOO NEST TOWERS » : 

PARIS MODERNE _ 13ème arr., ENSEMBLE MASSENA 
Des tours maraîchères thermodynamiques aux balcons potagers. 

5. « HONEYCOMB TOWERS » : 

PARIS PERIPHERIQUE _ 20ème arr., PORTE DES LILAS 
Une ruche de logements alvéolaires énergétiquement solidaire. 

6. « FARMSCRAPERS TOWERS » : 

PARIS PERIPHERIQUE _ 19ème arr., PORTE D’AUBERVILLIERS
Une ferme verticale rapatriant la campagne aux portes de la ville. 

7. « MANGROVE TOWERS » : 

PARIS FUTUR _ 10ème arr. _ GARE DU NORD 
Des tours photosensibles enracinées sur des quais piézoélectriques. 

8. « BRIDGE TOWERS » : 

PARIS FUTUR _ 16ème arr., PONT AVAL / 12ème arr., _ PONT AMONT
Des ponts-paysages habités amphibiens enjambant la Seine aux entrées Amont et Aval de Paris. 

1. « MOUNTAIN TOWERS » 

PARIS HISTORIQUE _ 1er arrondissement _ RUE DE RIVOLI 

Des tours végétales, solaires et hydrodynamiques bio-climatisant l’îlot de chaleur urbain. 

Paris s’est toujours reconstruite sur elle-même. Par manque d’ambition politique et de visions en l’avenir, est-elle aujourd’hui en 2014 condamnée à la muséification et à le gentrification ? Telle est la question posée par les « Mountain Towers » au Paris Historique et plus précisément à la rue de Rivoli. 

Avec son élégance sévère et sa rigueur grandiose héritées du néo-classicisme, la rue de Rivoli, dite la « rue-mur », traverse le cœur de Paris et s'étend d‘est en ouest sur près de 3 km sur la rive droite de la Seine. Tous les bâtiments de la rue ont été soumis durant le premier Empire à l’ouest et durant l’époque Haussmann à l’est aux mêmes contraintes urbaines d’alignement et de gabarit lui offrant ainsi sa monumentalité aux lignes strictes et aux étonnants effets de perspective qui convenait parfaitement à Napoléon qui souhaitait bâtir une rue prestigieuse dévolue au luxe. 

Cette «rue éternelle s’étirant élégante comme un I» comme le disait Victor Hugo fut créée au XVIII siècle pour résoudre les embarras de la circulation et les problèmes d'hygiène qui se posaient dans les vieux quartiers surpeuplés tout en contrôlant les soulèvements populaires de la capitale. Le modèle de la rue de Rivoli s’est étendu à l’ensemble des nouvelles voies parisiennes, entraînant une uniformisation qualifiée par certains artistes de l’époque comme l’architecte Charles Garnier de «monotonie étouffante». 

Le projet « Mountain Towers » vise à désasphyxier, à densifier et à re-naturaliser ce type d’urbanisme hyper-énergivore et spatiovore par la construction de montagnes bioclimatiques intégrant les énergies renouvelables sur les toits et en cœur d’îlots. Les « Mountain Towers » à énergies positives permettront ainsi de tripler à la verticale l’offre de logements de chaque îlot parisien d’habitation en distribuant les charges structurelles à travers les anciens conduits de cheminées condamnés. 

Trois types d’énergies renouvelables seront embarqués dans chaque tour : Durant la journée, deux grands boucliers solaires photovoltaïques et thermiques bio-inspirés par la structure finement ciselées des ailes de libellules produiront de l’électricité et de l’eau chaude sanitaire. Durant la nuit, une station hydro-électrique réversible de pompage-turbinage fera s’écouler une cascade urbaine sur toute la hauteur de la tour entre deux bassins de rétention d’eau pluviale situés aux points haut et bas, évitant d’avoir recours à des batteries pour stocker l’électricité produite par les ailes de libellules solaires. 

Enfin, des balcons potagers ceintureront les plateaux habités et viendront filtrer en site propre les eaux grises rejetées par les habitants par phyto-épuration et bio-compostage. 

2. « ANTISMOG TOWERS » 

PARIS HISTORIQUE _ 14ème arrondissement _ PETITE CEINTURE 

Un corridor écologique de 23 kms au cœur de Paris ponctué de tours dépolluantes photocatalytiques. 

La Petite Ceinture de Paris est une ancienne ligne de chemin de fer à double voie de 32 kilomètres de longueur qui faisait le tour de Paris à l'intérieur des boulevards des Maréchaux et qui présentait un double intérêt : relier entre elles les lignes radiales qui partent des grandes gares parisiennes permettant les échanges de fret entre les réseaux, et desservir les fortifications de Paris, par l'intérieur, pour des raisons stratégiques. 

Désertée par les Parisiens en raison de la concurrence du métropolitain, la ligne est, pour l'essentiel de son parcours, fermée au trafic de voyageurs depuis le 23 juillet 1934. Actuellement, 60 % du linéaire est à l'air libre (tranchée ouverte, à niveau, en remblais, en viaduc), et les 40 % restants sont en souterrain, en tranchée couverte ou en tunnel. 

En 2014, on dénombre 61 ponts : 36 de type « rail » (où la ligne ferroviaire passe au-dessus de la voirie) et 25 de type « rue » (où la voirie passe au-dessus de la ligne ferroviaire). Sur ce lieu emblématique, historique et au destin controversé, la politique urbaine est de transformer ce fil rouge d’Ariane en corridor vert écologique tout en préservant le patrimoine ferroviaire et la multimodalité potentiellement tripartite du site entre voies ferrées, pistes cyclable et chemins de promenade. Friche, boisement, prairie, la végétation reprend ses droits sur la minéralité urbaine. 

Dans ce contexte, les « Antismog Towers » projettent de renaturaliser le tracé ferroviaire en poumon vert par l’intégration de jardins maraîchers communautaires cultivés par les riverains. Les pistes cyclables et les potagers urbains viendront ainsi s’enrouler à la verticale autour de tours cycloniques dépolluant les sols par phyto-épuration hydroponique et filtrant le smog atmosphérique grâce à leur structure photocatalytique en dioxyde de titane. 

Ces tours dépolluantes offriront une forte densité urbaine de logements maraichers grâce à leur impact minimal au sol et leur architecture en évasement. Elles seront implantées aux croisements géographiques entre les boulevards radiants parisiens et la PC ainsi que le long des écosystèmes existants tels que les Buttes Chaumont, le Parc Monsouris, le Parc André Citroên, etc. 

Energétiquement, ces tours produiront leur électricité par l’intégration d’une part d’éoliennes axiales de type Darrieus dans la résille de façade et d’autre part de toitures en textile souple photovoltaïque et récupérateur de pluie et rosée. Sur le plan thermique, le différentiel de température avec les tunnels de la PC sera mis à profit pour créer des puits canadiens permettant de bioclimatiser passivement l’air ambiant intérieur des tours. Ces mêmes tunnels seront éclairés par les promenades piézoélectriques. 

3. « PHOTOSYNTHESIS TOWERS » 

PARIS MODERNE _ 15ème arrondissement _ MONTPARNASSE 

Un Central Park piézo-électrique et spiralé à la verticale aux biofaçades d’algues vertes. 

En 1970 fut posée sur le site de l’ancienne Gare Montparnasse la première pierre du chantier de la tour homonyme, projet soutenu par André Malraux, alors Ministre de la Culture, et le Président de la République Française Georges Pompidou. Insérée dans le prolongement de l'axe créé par le Palais de Chaillot, le Trocadéro, la Tour Eiffel, le Champ-de-Mars et l'École Militaire, en parallèle avec l'axe historique, la Tour Montparnasse souvent très décriée fut la plus haute tour d’Europe pendant plus de vingt ans jusqu’en 1990. 

En 1975, trois années après la fin de sa construction, sonna le glas de la construction en hauteur à Paris car la municipalité décida depuis d'interdire la construction d'immeubles de plus de sept étages. Le projet « Photosynthesis Towers » vise à améliorer les impacts esthétiques et énergivores de l’Ensemble Immobilier Tour Maine-Montparnasse en le métamorphosant d’une part en un véritable Central Park à la verticale ouvert au public, et en couturant d’autre part tous ces nouveaux jardins suspendus d’une robe de bioréacteurs d’algues vertes à énergie positive. 

En 2050, la Tour Montparnasse sera ainsi un écosystème BEPOS, carboneutre et exempt de combustibles fossiles, construit sous la forme d’un parc public étagé verticalement surplombé par des sky gardens. Des rampes serpenteront ainsi autour du gros œuvre existant renforcé et proposeront des promenades piézoélectriques hélicoïdales dans le ciel de Paris autour des 58 étages en forme d’amande. 

Dans les échancrures triangulaires situées aux deux extrémités de la tour, des batteries d’ascenseurs publics à récupération d’énergie seront intégrés afin de dissocier les parcours visiteurs des employés de bureaux travaillant dans la tour. La toiture-dalle du centre commercial sera quant à elle transformée en lagune de phyto-épuration recyclant les eaux grises de l’ensemble immobilier. 

Ce poumon végétal au cœur de Paris enrobera la Tour Montparnasse ainsi que les deux autres tours plus petites (le bâtiment C et la Tour Express) d’une bio-façade isolante et productrice de biofuel. Des micro-algues vertes seront cultivées sur des murs rideaux de façades dans des photobioréacteurs plans et triangulaires construits en verre feuilleté. Ceux-ci capteront l’énergie solaire thermique, tout en servant de médium pour la génération de biomasse utilisée pour produire du méthane. Le CO2 servira de nutriments aux algues qui prolifèrent sous la radiation solaire. Ces bioréacteurs permettront de gagner en inertie thermique, avec jusqu’à 50 % d’économies de chauffage et de climatisation tandis que la raffinerie de biofuel sera directement intégrée dans le socle de l’ensemble. 

4. « BAMBOO NEST TOWERS » 

PARIS MODERNE _ 13ème arrondissement _ ENSEMBLE MASSENA 

Des tours maraîchères thermodynamiques aux balcons potagers. 

Dans l’esprit de la Chartre d’Athènes de Le Corbusier, Italie 13 est le nom de la vaste opération d’urbanisme engagée à Paris dans les années 1960. De cette opération, partiellement mise en œuvre, datent les nombreuses tours du sud du 13ème arrondissement et en particulier le quartier des Olympiades et l’ensemble Masséna. 

Ce modèle innovant d’urbanisme de tours prône aujourd’hui plus que jamais l’économie du territoire et la densité urbaine via la verticalité, la multifonctionnalité et le multiculturalisme. C’est la diversité exemplaire de l’offre résidentielle et des services qui a engendré cette mixité, rare dans des ensembles de taille comparable. 

Le projet « Bamboo Nest Towers » vise à re-naturaliser les treize tours de l’ensemble Masséna construites sur les terrains de l’ancienne usine de construction Panhard & Levassor le long du tracé de la Petite Ceinture. En 2050, ce quartier (aussi appelé Villa d’Este) présentant la concentration de tours la plus élevée de Paris, sera un emblème du rapatriement de l’agriculture urbaine étagée à la verticale au cœur de la capitale. 

Ainsi les tours Puccini, Palerme, Rimini, Verdi, etc. ... seront enveloppées d’un exosquelette en bambou tressé. D’une part, ce treillis 3D écologique permettra de porter structurellement le surpoids des balcons potagers individuels et des vergers communautaires ceinturant les logements existants. D’autre part, les caténoïdes (entonnoirs) formés par la géométrie du tressage accentueront l’effet Venturi accélérant ainsi la force des vents dominants afin d’augmenter le rendement des éoliennes tripales insérées en leur sein. 

Outre la bioclimatisation naturelle de l’atmosphère fournie principalement par l’évapotranspiration des plantes, et outre l’électricité générée par les éoliennes axiales implantées sur les toits et tripales dans les caténoïdes, la principale source d’énergie proviendra d’une centrale thermodynamique à concentration. Celle-ci sera composée d’un collecteur implanté sur la Tour Abeille et de miroirs paraboliques héliostatiques plantés sur les toits parisiens en zinc et concentrant vers le collecteur les rayons du soleil afin de faire monter en température un fluide caloporteur. Ce liquide caloporteur sera envoyé dans une chaudière transformant l’eau en vapeur. La vapeur fera tourner des turbines qui entraîneront des alternateurs produisant ainsi de l’électricité même en dehors des heures d’irradiation solaire, c-à-d en H24. 

Les tours de la Villa d’Este seront ainsi BEPOS (Bâtiments à Energie POSitive) tandis que les habitants seront les cultivateurs de leur propre alimentation biologique dans cet écosystème nourricier, nouveau terrain d’innovation sociale ! 

5. « HONEYCOMB TOWERS » 

PARIS PERIPHERIQUE _ 20ème arrondissement _ PORTE DES LILAS 

Une ruche de logements alvéolaires énergétiquement solidaire. 

Les habitations à bon marché, très souvent appelées HBM, correspondaient - jusqu'en 1949 - aux actuelles HLM (habitations à loyers modérés). Ils sont apparus pendant la révolution industrielle et ont été inspirés par les courants hygiénistes et paternalistes de la bourgeoisie moderniste du Second Empire pour loger les ouvriers. Ils sont principalement implantés dans la zone non aedificandi des anciennes fortifications (Enceinte de Thiers) entre le Boulevard des Maréchaux et le Périphérique. En briques oranges, hauts généralement de six étages, ils sont mis à la disposition des foyers modestes et populaires de la capitale. 

Cette ceinture de HBM est au cœur de la problématique de la rénovation énergétique du bâti ancien à Paris. Les ponts thermiques et les phénomènes de parois froides découlant de l’hétérogénéité des matériaux (béton-brique) sont de véritables challenges d’isolation intérieure, thermique et hydrométrique. 

En vue d’accroitre l’offre de logements dans Paris, les « Honeycomb Towers » proposent de doubler la hauteur de ces HBM par une architecture parasite venant greffer des maisons individuelles imbriquées les unes aux autres. Tel un nid d’abeilles aux alcôves hexagonales, cette greffe urbaine offrira aux nouveaux habitants des potagers et vergers suspendus rapatriant ainsi en ville les avantages d’un pavillon individuel rural. Structurellement, cette ruche est portée par une ossature métallique qui descend les charges verticalement à travers les conduits de cheminée existants traversant les immeubles. 

En effet, à partir du 1er janvier 2015 la combustion de bois sera totalement interdite à Paris et ces conduits déjà percés trouveront ainsi une seconde utilité. La structure en nid d’abeille permettra de renforcer la résistance de la tour tout en lui garantissant une légèreté maximale. Le module unifamilial sera standardisés et préfabriqués en usine. Les concepts de double-mur et de double-planché seront directement intégrés pour une flexibilité spatiale maximale, une innervation efficiente des fluides et une isolation thermique et phonique optimale. Ce mécano géant à la silhouette organique, se transformera en un véritable jardin nourricier en sustentation dans le ciel invitant la faune et la flore parisienne à s’y nicher. 

Les toitures seront recouvertes de panneaux solaires thermiques et photovoltaïques tandis qu’un réseau géothermique innervera chaque maison. Le long des boulevards Sérurier et Mortier, les Phylolights (hybridation d’un lampadaire et d’une éolienne axiale) assureront en toute autonomie l’éclairage public. 

6. « FARMSCRAPERS TOWERS » 

PARIS PERIPHERIQUE _ 19ème arrondissement _ PORTE D’AUBERVILLIERS

Une ferme verticale rapatriant la campagne aux portes de la ville. 

La porte d’Aubervilliers est une importante porte du nord-est parisien, située à la jonction du quartier du Pont-de-Flandres dans le 19e arrondissement et du quartier de la Chapelle dans le 18e arrondissement de Paris. Tandis que la zone nord située sur la commune d'Aubervilliers connaît des transformations importantes depuis 2005 avec la construction du siège social d'Icade, du centre commercial du Millénaire (2011), puis du siège social de Veolia (2016), le rond-point situé au-dessus du boulevard périphérique de Paris et donnant sur la commune d' Aubervilliers reste un véritable no man’s land urbain dévoré par l’asphyxie du tout à l’automobile. 

Le concept des « Farmscrapers Towers » a pour but d’articuler la ZAC Claude Bernard et sa forêt linéaire avec le projet Plaine Commune d’Aubervilliers. En tant que rotule urbaine des corridors écologiques, les trois tours maraîchères, implantées sur une forêt urbaine en forme de Raie Manta filtrant l’air vicié du tunnel, viennent empiler une programmation mixte sous forme de fermes verticales étageant des champs d’agriculture cultivés par leurs propres habitants. 

Le but est de rapatrier la campagne au cœur de la ville et de réintégrer les modes de production alimentaire au sein des lieux de consommation. Véritable quartier de ville empilant des îlots mixtes, ces Farmscrapers densifient l’espace urbain tout en optimisant la qualité de vie de ses habitants par la réduction des moyens de transports, l’implantation d’un réseau domotique, la re-naturalisation des espaces publics et privés, et l’intégration des énergies renouvelables propres comme la biomasse, la méthanisation, le solaire photovoltaïque et thermique et l’éolien. 

Ce projet pionnier vise les 8 objectifs suivants : 

1/ La diminution de l’empreinte écologique valorisant la consommation locale par son autonomie alimentaire et par la réduction des moyens de transports. 
2/ La réintégration d’emplois locaux dans le secteur primaire et secondaire coproduisant des produits frais et biologiques. 
3/ Le recyclage en boucle courte et fermée des déchets organiques par compostage anaérobie, piles à combustible à hydrogène et lagune de phyto-épuration. 
4/ L’économie du territoire rural, réduisant la déforestation, la désertification et la pollution des nappes phréatiques. 
5/ L’oxygénation des centres villes pollués dont la qualité de l’air est saturée en particule de plomb. 
6/ La limitation du recours systématique aux pesticides, insecticides, herbicides et engrais chimiques. 
7/ L’économie de la ressource en eau par le recyclage des eaux urbaines. 
8/ La protection des cycles écosystémiques au cœur de la cité. C’est un projet de pierres vivantes BEPOS réintégrant la biodiversité ! 

7. « MANGROVE TOWERS » 

PARIS FUTUR _ 10ème arrondissement _ GARE DU NORD 

Des tours photosensibles et photocatalytiques enracinées sur des quais piézoélectriques. 

A Paris, le réseau ferré des sept gares de la SNCF (Gare du Nord, Gare de l’Est, Gare Saint Lazare, Gare Montparnasse, Gare d’Austerlitz, Gare de Bercy et Gare de Lyon) représentent une superficie totale de plusieurs dizaines d’hectares qui seront densifiés à la verticale d’ici 2050. Pour sa capacité de voyageurs, la Gare du Nord est la première gare d'Europe en trafic et la troisième au monde après celles de Tokyo et de Chicago! 

Au cœur de ce carrefour multimodal européen, plus de 700 000 voyageurs embarquent en effet chaque jour dans les 2000 trains empruntant les 32 voies. Les Tours Mangrove seront construites sur ce territoire de fer et d’acier dessiné par les fourches des rails entrecroisés. Elles se marieront à l’architecture néoclassique moderniste de la Gare du Nord dont la construction de la grande halle date de l’exposition universelle de 1855. 

Comme leur nom l’indique, les « Tours Mangrove » seront inspirées des palétuviers des marais maritimes avec leurs pneumatophores et leurs racines échasses. Elles seront implantées directement sur les quais de la Gare du Nord et elles seront ramifiées entre-elles comme un écosystème résiliant au dérèglement climatique. 

Ces tours accueilleront une programmation mixte de bureaux, d’hôtels et de logements voués à une clientèle internationale et nomade. Véritable forêt de tours végétales, cette Mangrove urbaine sera à énergie-positive, c’est-à-dire qu’elle produira plus d’énergie qu’elle n’en consommera (que cette énergie soit électrique, calorifique ou alimentaire). 

Le projet sera donc éco-conçus à partir d’énergies renouvelables de pointe afin de présenter un bilan carbone zéro. En effet, les quais de la gare seront tapissés de capteurs piézoélectriques se polarisant sous l’action de la contrainte mécanique générée par les pas des voyageurs. Les façades tubulaires seront quant à elles composées de cellules Grätzel formant un épiderme photo-électrochimique inspiré de la photosynthèse végétale qui, exposé à la lumière (photons), produira également de l’électricité par électrolyse. Enfin, ces tours ne seront pas seulement auto-suffisantes en énergie mais elles seront également dépolluantes grâce à leur structure photocatalytique en dioxyde de titane. 

Cette structure en branches (imitant l’écorce des palétuviers) provoquera ainsi, sous l’action du rayonnement solaire en présence d’oxygène et d’humidité, la dégradation des matières organiques, solides, liquides ou gazeuses présentes dans le smog urbain (via auto-nettoyage, destruction des COV, destruction de NOX, antibuée, absorbeur d’UV etc…).

8. « BRIDGE TOWERS » 

PARIS FUTUR _ 16ème arrondissement _ PONT AVAL / 12ème arrondissement _ PONT AMONT

Des ponts-paysages habités amphibiens enjambant la Seine aux entrées Amont et Aval de Paris. 

La capitale comptera-t-elle un jour 39 ponts enjambant son fleuve au lieu des 37 franchissements contemporains en 2014? Comme illustré sur la magnifique peinture de Nicolas Jean-Baptiste Raguenet, tous les ponts au Moyen-Age étaient habités et créaient un continuum urbain fonctionnel, culturel et marchand entre la rive droite et la rive gauche. 

Avec comme objectif de densifier la ville par des écosystèmes verticaux habités, le projet “Bridge Towers” propose la construction de deux ponts paysagers aux portes fluviales de Paris. Ces deux ponts aux silhouettes de méduses émergeant des eaux, relieront les 15ème et 16ème arrondissements à l'Ouest et les 12ème et 13ème arrondissements à l'Est. 

Ce seront des tours jumelles épousant et re-customisant extraordinairement les deux ponts existants du Boulevard Périphérique afin de revaloriser les deux vitrines d’entrée vers la cité par la voie fluviale le long de laquelle s’est écoulée son histoire depuis Lutèce. Perforées par de larges caténoïdes les tours seront alimentées en énergie électrique grâce à des éoliennes multi pales, supplées par des hydroliennes, (turbines hydroélectriques) qui utiliseront l’énergie cinétique de la Seine (fluvio-motricité). Les augets de ces roues à eaux revisitées permettront en effet de restituer le mouvement rotatif d'axe au départ du mouvement linéaire du fleuve. Implantés dans l’axe des vents dominants ouest-est, les éoliennes à sustentation magnétique assureront une quiétude sonore aux habitants du pont. Quant à la pompe à chaleur (PAC) celle-ci permettra de capter les calories des eaux de la Seine pour chauffer les tours (fluvio-thermie). Par cette utilisation des énergies renouvelables, les tours seront des bâtiments à énergie-positive (BEPOS). 

Véritable “trait d’union” urbain, ce pont, jusque-là point de passage entre 2 rives, sera un nouveau territoire engendré par une forme urbaine inédite liaisonnant 2 tours de près de 200 mètres, mais les pieds dans l’eau, bien amarrées aux rives des 15ème et 16ème arrondissements. Par sa jonction, il renforcera le continuum urbain tout en affirmant sa particularité, sa singularité, celle d’être lié à la fois au fleuve qui le traverse et aux terres qu’il rattache. 

Ce pont habité, ces 2 tours amphibiennes enjambant la Seine répondront à la crise du logement de la ville de Paris en y incluant un programme dense et mixte de logements sociaux, d’équipements collectifs, mais aussi d’appart-hôtels pour répondre aux besoins de “la ville monde”. Le pont habité renforcera la symbolique de la ville et renverra à une nouvelle forme d’innovation urbaine et sociale en termes d’habitat collectif propre à zéro émission de carbone et à zéro déchet! 

Copyright : Vincent Callebaut Architecte

The gate residence - Cairo

PROJECT LOCATION AND PHYLOSOPHY

«It is time for Cairo to witness the creation of an iconic sustainable building that would express the future of the city Victorious , after decades of urban degradation and also after the recent flip page of unrest – it represents the demand to look into the peak guidance into the future which developers would seek to track.» Abraj Misr. 

Our Client «Abraj Misr» is developing a new site in a very strategic location in Cairo, on al Nozha Street in Nasr City (vital street). The site is neighbored with large?projects, either already?constructed (e.g. City Stars) or?under Construction (e.g. Delta?Development Project on Al Nasr?Road), or potential projects (e.g. Al Tayyar Land on Al Nasr Road). The site enjoys strong connections to Cairo Airport and main Cairo Arteries such as Al Nasr Road (Auto Strad) and Al Orouba Road. 

In the heart of this New Cairo, the «Gate Residence» is an innovative design idea of Green Building, representing the combination of Trees and Building and metamorphosing the city into a vertical, green, dense and hyper-connected ecosystem. The main objective behind this urban proposal is to raise awareness of green sustainable architecture to fight against global warming in order to maintain an eco-friendly Earth for our next generation. 

The project shows a high ambition in green energy and technology. A solar roof covering the shopping area, green terraces and sky villas partially unifies architecturally the whole complex. This roof provides the possibility of maximizing green energy; providing shadow where necessary, thus decreasing the demand in mechanical ventilation. This roof is also the support for the solar panels and solar heating tubes, and for the green vertical gardens.

PROJECT VOLUMETRY

Volumetrically, the «Gate Residence» is organized around a central street named «the Boulevard» acting virtually as the spine of the housing project. The 1000 apartments are organized in rectangular regular buildings, the «U» shapes, attached to the central street. 

The objective is to create a sustainable landmark in New Cairo by transforming this efficient building mass, multiplying the perspective views towards the streets, into a huge urban oasis. The program provides an underground parking on 4 levels; 1 level of supermarkets, 3 levels of commercial area starting on ground level connected with Nozha street, and finally 9 levels of housing integrating 3 levels of offices along the inner street. 

The building mass is refined by the softening of all the edges of the « U » shapes. The facades of the 9 housing floors are conceived like an horizontal sedimentation of e-low glass and polished white stone. At both ends, the facades are inspired from the gills of fish acting as sunshades. All around, linear hollow joints in steel stretch horizontally all the blocks to keep an elegant global building volume. All the balconies are transformed into suspended gardens by the integration of planting beds along the facades perimeter in order to create green cascades falling in each courtyards. 

Below the 9 housing levels, the 3 commercial levels above grade present two facade typologies : 

A transparent curtain wall is set all along the Promenade and along the Back Street and the Nozha street. This curtain wall is punctuated by green walls indicating the main entrances towards the shopping mall and the lobbies of each apartment blocks. Inside the patios, the facades are developed with a voronoï structure presenting organic shapes inspired by the structure of a coral reef with a progressive density from the bottom to the top. These facades are linked by foot bridges crossing the green terraces. These green terraces inside each courtyards are covered by a voronoï screen for the growth of climbing plants to limit the indiscreet views between the commercial floors and the housing floors. This voronoï screen is also integrated along the inner street between the offices floors and the housing floors. 

The roof of the whole complex is transformed into a big community garden in the Egyptian sky. The two plots are linked by sky foot bridges. The roof becomes the fifth facade of the project and a common playground area of food gardens, orchards, infinity swimming pools and sports area for all the families living in this project. 

The ambition of the Gate Project is to create a new prototype of inhabited ecosytem that combines passivhaus principles and renewable energy technology to assure 50% of energy saving. The building is designed to decrease its carbon footprint, and to recycle a part of its own waste as the grey water for example. 

To achieve this goal, a mathematic mesh surface unfolds above all the building volumes as a braided dress. This second skin in white steel and cables enables to integrate on the roof the photovoltaic cells, the thermal tubes, and the vertical living walls. The horizontal surface of the roof is turned into giant trees in order to down, towards the basement, the loads of the structure. 

These Megatrees become the strong sculptural identity of the project but are firstly conceived to ventilate naturally all the basement spaces and to refresh naturally the patios and the inner street. Along the Back Street and the Nozha Street, the roof structure becomes a vertical sunshade and a sound barrier to protect the residents from the sun and the noise. 

GREEN ARCHITECTURAL FEATURES

The Gate project is the just equilibrium between a very efficient distribution of 1000 apartments and a very contemporary and sustainable identity. This project will be the new symbol of the construction of a smart building in the heart of New Cairo, right symbiosis between the high quality of life and the respect of the environment. 

Consequently, the Gate project is eco-designed according to the bioclimatic rules (solar cycle, prevailing wind directions, endemic plant species, etc.) on the one hand, and by the integration of renewable energies (wind turbines, thermal solar energy, photovoltaic solar energy, geothermal energy, biomass, etc.) on the other hand. 

The 8 Green Architecture Features integrated in the project are :

1. The Windcatchers transformed into mega trees in the middle of each green patios. 
2. The Passive Geothermal Cooling System integrated along each core with the vertical shafts. 
3. The Solar Photovoltaic Cells covering all the solar roof and the west and east facades. 
4. The Solar Heater Tubes located on the roof above each core. 
5. The Wind Turbines integrated along the axial spine at both ends of the Promenade. 
6. The Roof Food Gardens covering the whole complex improving the thermal inertia of the roof. 
7. The Living Walls growing along the 9 Megatrees and the Fogger system for the automatic watering refreshing the atmosphere. 
8. The use of Recyclable and/or Recycled Furniture (Cradle to Cradle) recommended to the future residents in order to decrease their carbon footprint. 

1. WINDCATCHERS

The windcatchers are known in traditional Egyptian architecture in Ancient Egypt as demonstrated in Windcatchers on the Pharonic house of Neb-Ammun, Egypt, 19th Dynasty, British Museum. It was revived in Neo-islamic architecture as the works of Hassan Fathy. 

In Egypt the windcatchers are known as "Malqaf". The windcatcher can function in three ways: directing airflow downward using direct wind entry, directing airflow upwards using a wind-assisted temperature gradient, or directing airflow upwards using a solar-assisted temperature gradient. 

The 9 megatrees are in fact 9 big windcatchers and the potential benefits regarding this natural passive cooling system may include: 

- Improved passive cooling during warm season (mostly on still, hot days). 
- Improved night cooling rates. 
- Enhanced performance of thermal mass (cooling, cool storage). 
- Improved thermal comfort (improved air flow control, reduced draughts). 

2. PASSIVE GEOTHERMAL COOLING AND HEATING SYSTEM 

Passive Cooling is a building design approach that focuses on heat gain control and heat dissipation in a building in order to improve the indoor thermal comfort with low or nil energy consumption. 

This approach works either by preventing heat from entering the interior (heat gain prevention) or by removing heat from the building (natural cooling). Natural cooling uses on-site energy, available from the natural environment, combined with the architectural design of building components (e.g. building envelope), rather than mechanical systems to dissipate heat. A Canadian well can reduce the temperature by 5 to 8°C in each apartment during a heat wave using virtually no electricity. It passively uses geothermal energy, and is perfect to cool the apartments during the summer and to heat it in the winter.

A Canadian well consists of passing a proportion of fresh air through pipes buried around 2 to 3 meters in the ground, below the foundations of the building, before it enters the housing. 

In the summer, conversely, the ground is cooler than the outside temperature: this clever “well” is going to use the ground freshness to temperate the air coming in the housing. In The Gate Project, we propose to integrate air shafts of 1 square meters along all the cores to refresh naturally each apartment. Using ground loops, the geothermal heat pumps enable to move heat energy back and forth between the building and the earth to provide an efficient and environmentally friendly method for heating and cooling apartments and commercial spaces, and even to help to provide hot water. 

3. SOLAR PHOTOVOLTAICS CELLS

Most conventional solar cells use visible and infrared light to generate electricity. In contrast, the innovative new solar cell also uses ultraviolet radiation. Used to replace conventional window glass, or placed over the glass, the installation surface area could be large, leading to potential uses that take advantage of the combined functions of power generation, lighting and temperature control. 

In the project, the solar roof will be covered by walkable solar panels creating shadows above the patios and the promenade and generating in situ a big part of the electricity necessary for the building. The solar cells will be integrated in a double glass layer easy to clean. 

4. SOLAR WATER HEATING TUBES

Solar water heating or solar hot water systems comprise several innovations and many mature renewable energy technologies that have been well established for many years. Solar water heating systems are designed to deliver hot water in all the bathrooms and kitchens of the building for most of the year. 

Glass-metal tubes collecting the warm of the sun and heating the water will be integrated in the elliptical shapes covering the mechanical rooms in each core on the roof. 

5. VERTICAL AXIS WIND TURBINES

Vertical-axis wind turbines are a type of wind turbine where the main rotor shaft is set vertically and the main components are located at the base of the turbine. 

This arrangement allows the generator and gearbox to be located close to the ground, facilitating service and repair. Major drawbacks for the early designs (Savonius, Darrieus and giromill) included the significant torque variation during each revolution, and the huge bending moments on the blades. Later designs solved the torque issue by providing helical twist in the blades. 

These helical twisted wind turbines are located in the project along the inner street on the roof in order to benefit of the prevailing winds and generate a maximum of electricity. Along the Nozha Street, we propose to develop for the City a new energetically self-sufficient prototype « The Phylolight », new hybridization between an urban light and vertical wind turbines. 

6. ROOFTOP COMMUNITY GARDENS

Community gardens provide fresh produces and plants as well as satisfying labor, neighborhood improvement, sense of community and connection to the environment. 

Community gardens may help alleviate one effect of climate change, which is expected to cause a global decline in agricultural output, making fresh produce increasingly unaffordable. 

Community gardens improve users’ health through increased fresh vegetable consumption and providing a venue for exercise. The gardens also fight against two forms of alienation that plague modern urban life, by bringing urban gardeners closer in touch with the source of their food, and by breaking down isolation creating then a social community. 

In the Gate project, we propose thus to transform the roof into a new innovation place for the social life of all the residents of the project. This big garden in the sky will integrate playgrounds for the children, sports areas, food gardens and orchards. This green roof will compensate the high density of the construction and will be a perfect insulation coat above the residential levels to reduce the urban warming. 

7. GREEN/LIVING WALLS

The primary cause of heat build-up in cities is insolation, the absorption of solar radiation by roads and buildings in the city and the storage of this heat in the building material and its subsequent re-radiation. 

The green walls enable to reduce overall temperatures of the building. Effectively, plant surfaces, as a result of transpiration, decrease more than 4–5 °C below the ambient. Living walls may also be a means for water reuse. The plants may purify slightly polluted water (such as greywater) by absorbing the dissolved nutrients. Bacteria mineralize the organic components to make them available to the plants. 

They are also suitable in arid areas, as the circulating water on a vertical wall is less likely to evaporate than in horizontal gardens. In the project, the 9 megatrees will be covered by living walls. Along the inner street, the curtain walls will be punctuated by green walls to design the main entrances towards each housing blocks. 

8. SMART HOME – HOME AUTOMATION

The user interfaces enable to control the different zones/ rooms/temperature (heating & cooling) control /lighting control/ Ventilation control. 

Multi-sensors are used to detect number of persons in the room, motion, temperature, and light level (Day/Night). Natural HVAC automation enable to reach perfect climate. Using automation application to control the required temperature before reaching your home while saving electricity. 

In conclusion, by respecting the bioclimatic rules and thanks to the integration of renewable energies, the project aims at reducing progressively the demand in mechanical ventilation and artificial lighting by increasing everywhere in the project the natural ventilation systems and the natural lighting systems. The leitmotiv of «Gate Residence» is to transform the city into an ecosystem, to transform the district into a forest. 

© Vincent Callebaut Architect