IA et architecture : le rôle de l’intelligence artificielle dans la conception de villes intelligentes

L’architecture est à la veille d’un bouleversement numérique. L’application de l’intelligence artificielle (IA) a déjà transformé le secteur de la construction et fait maintenant son entrée dans la planification urbaine et l’architecture. De la planification à la conception, en passant par la gestion des bâtiments et des villes, l’IA offre des solutions plus rapides, plus précises et plus efficaces. Les systèmes basés sur l’IA analysent d’énormes quantités de données et proposent des solutions qui inspirent et aident les architectes et les urbanistes. Dans le contexte de la ville intelligente (smart city), l’IA apporte une contribution essentielle au développement d’espaces urbains durables, agréables à vivre et tournés vers l’avenir.

Fun Fact: ces dernières années, les investissements dans les outils architecturaux basés sur l’IA ont augmenté d’environ 40 % dans le monde, notamment dans les domaines de l’optimisation énergétique et de la maintenance prédictive des bâtiments.

Apprentissage automatique (ML)

Le Machine Learning, une sous-forme de l’IA, permet aux systèmes de reconnaître des modèles dans de grands ensembles de données et de faire des prédictions basées sur ces modèles. Pour les architectes, cela signifie que les données des bâtiments, les prévisions météorologiques, la consommation de matériaux et les besoins énergétiques peuvent être analysés afin de développer une conception plus efficace.

Conception générative

La conception générative est une technologie d’IA qui peut générer des milliers de conceptions à partir d’un certain nombre de paramètres et d’exigences de conception. Les architectes donnent certaines indications – comme l’emplacement, le matériau et les fonctions souhaitées – et l’IA crée des options de conception qui peuvent être testées par simulation.

Réseaux neuronaux et deep learning

Les réseaux neuronaux, en particulier les modèles d’apprentissage profond, permettent aux systèmes d’IA de comprendre des relations complexes et de proposer des solutions innovantes. Ils peuvent, par exemple, effectuer des simulations de flux d’air et de lumière solaire qui améliorent le confort et l’efficacité énergétique d’un bâtiment.

Traitement du langage naturel (NLP)

Les modèles NLP, tels que les assistants vocaux et les systèmes de traitement de texte, aident les architectes et les urbanistes à analyser et à traiter facilement des données et des rapports complexes. Le NLP permet d’explorer les données plus rapidement et d’intégrer les données historiques dans la prise de décision.

Exemple pratique: Dans un projet de construction à San Francisco, un bureau d’architectes utilise la conception générative pour concevoir un immeuble de bureaux qui minimise la consommation d’énergie et réduit l’empreinte carbone (CO₂). La simulation de milliers d’options de conception a permis de trouver une forme qui a entraîné une réduction de 30 % de la consommation d’énergie.

L’IA offre une multitude d’applications possibles pour l’urbanisme, de la gestion du trafic à l’optimisation des bâtiments et à l’utilisation des ressources. Voici quelques-unes des applications les plus passionnantes :

La gestion du trafic et de la mobilité.

L’IA permet d’analyser en temps réel les données relatives à la densité du trafic, aux conditions météorologiques et à l’utilisation des transports publics. Il en résulte des systèmes de transport intelligents qui minimisent les embouteillages en répartissant efficacement les modes de transport.

Optimisation énergétique des bâtiments

L’efficacité énergétique est un élément central des villes intelligentes. Les systèmes d’IA permettent d’optimiser la consommation d’énergie des bâtiments. En analysant les données relatives à la température, à la densité d’occupation et à la lumière du soleil, il est possible d’adapter l’éclairage, le chauffage et la climatisation en temps réel, ce qui peut réduire la consommation d’énergie jusqu’à 40 %.

Urbanisme et gestion des ressources

Le développement des villes exige une utilisation optimale de l’espace et des ressources disponibles. L’IA peut aider à analyser l’espace urbain disponible et à fournir des suggestions sur l’utilisation optimale de l’espace afin d’équilibrer les constructions et les espaces verts.

Qualité de l’air et surveillance de l’environnement

Les modèles de surveillance de la qualité de l’air basés sur l’IA peuvent mesurer et prédire les niveaux d’émission et de pollution de l’air dans différents quartiers de la ville. Ces données sont importantes pour cibler les mesures de réduction des polluants et améliorer ainsi la qualité de vie des habitants.

Exemple pratique: à Copenhague, des modèles d’IA sont utilisés pour gérer le flux de circulation. Des capteurs analysent la situation du trafic en temps réel et l’IA optimise l’activation des feux de signalisation et la répartition des modes de transport. Le résultat est une réduction d’environ 15 % du trafic aux heures de pointe.

Les avantages de l’IA dans l’architecture et l’urbanisme sont nombreux, mais sa mise en œuvre présente également quelques défis.

Avantages

1. Efficacité et précision accrues: l’IA peut traiter d’énormes quantités de données et faire ainsi des prévisions plus précises, ce qui optimise la planification.
2. Réduction des coûts: les coûts de construction peuvent être réduits grâce à la détection précoce des erreurs et des possibilités d’optimisation.
3. Des décisions plus rapides: L’IA permet de prendre des décisions plus rapides, basées sur des données, et soulage les architectes des tâches répétitives.
4. Durabilité: les modèles d’IA peuvent analyser la consommation d’énergie et les émissions et aider à concevoir des bâtiments et des villes plus respectueux de l’environnement.

Défis

1. Complexité et coûts de mise en œuvre: l’introduction de systèmes basés sur l’IA nécessite des investissements importants en termes de technologie et de formation.
2. Protection des données et éthique: l’utilisation de données personnelles pour les analyses d’IA soulève des questions de protection des données et de responsabilité éthique.
3. Dépendance à la qualité des données: la qualité des résultats de l’IA dépend directement des données utilisées. Une mauvaise qualité des données peut conduire à des résultats erronés.
4. Acceptation et adaptation: le scepticisme à l’égard de l’IA dans le secteur de la construction reste important et l’acceptation des nouvelles technologies nécessite un changement de culture.

Avis d’experts: selon une enquête de l’American Institute of Architects, 75 % des architectes voient un grand potentiel dans l’IA, mais s’attendent à ce qu’il faille encore attendre jusqu’à cinq ans avant que l’IA soit utilisée à grande échelle dans l’architecture.

L’IA peut contribuer considérablement à la durabilité de l’architecture en optimisant la consommation d’énergie et en utilisant les ressources de manière plus efficace.

Bâtiments à haute efficacité énergétique

L’IA permet de concevoir des bâtiments de manière à minimiser leur consommation d’énergie. Des simulations basées sur l’IA analysent le rayonnement solaire, le climat intérieur et la ventilation, de sorte que les bâtiments peuvent être exploités avec une consommation d’énergie minimale.

Préservation des ressources

En analysant les données relatives aux matériaux et à l’énergie, l’IA contribue à l’utilisation efficace des matériaux de construction et à la minimisation des déchets de construction. Les modèles d’optimisation basés sur l’IA peuvent contribuer à réduire l’utilisation des matériaux dès la phase de planification.

Une durée de vie plus longue des bâtiments

L’IA peut détecter à temps les besoins de maintenance dans les bâtiments et contribuer ainsi à un cycle de vie plus long. Les modèles prédictifs permettent d’estimer les besoins de maintenance et de mieux répartir les ressources.

Projet de construction durable: un projet architectural aux Pays-Bas utilise des systèmes basés sur l’IA pour analyser le rayonnement solaire et adapter la consommation d’énergie. L’optimisation des systèmes de chauffage et de refroidissement a permis de réduire la consommation annuelle d’énergie de plus de 20 %.

L’IA dans l’architecture n’en est qu’à ses débuts. Toutefois, son développement au cours des prochaines années promet des innovations passionnantes qui pourraient révolutionner la construction et l’urbanisme.

1. Planification autonome: à l’avenir, l’IA pourrait avoir la capacité de concevoir et de planifier des bâtiments de manière autonome, sans intervention humaine.
2. Systèmes d’IA collaboratifs: au fur et à mesure que l’IA se développe, on verra apparaître des systèmes qui fonctionnent de manière collaborative et qui s’entraident. Les architectes pourraient “travailler ensemble” avec l’IA afin de planifier de manière plus créative et efficace.
3. Intégration de la ville intelligente: l’IA mettra de plus en plus en réseau et coordonnera les infrastructures et les bâtiments d’une ville afin d’optimiser le flux de circulation, la distribution d’énergie et l’impact environnemental.

Perspectives d’avenir: Singapour travaille sur un concept de bâtiments autonomes contrôlés et optimisés par l’IA. L’objectif est de développer une ville intelligente entièrement intégrée qui utilise efficacement les ressources et minimise l’impact environnemental.

L’intelligence artificielle est l’une des technologies les plus prometteuses pour le secteur de la construction et de l’architecture. Elle offre des solutions qui peuvent rendre les processus de planification plus efficaces, les bâtiments plus durables et les villes plus agréables à vivre. Les défis sont considérables, mais les avantages l’emportent sur les inconvénients. En utilisant l’IA, les architectes peuvent concevoir des villes qui sont prêtes à répondre aux besoins du futur.

Pensée finale: l’IA et l’architecture forment une alliance qui a le potentiel de mener le secteur de la construction vers un avenir durable, intelligent et agréable à vivre.

D’ailleurs, Oostenburg, au cœur d’Amsterdam, est un quartier en pleine transformation. En 2023, le complexe résidentiel De Gieter et De Slijper de Space Encounters y a vu le jour. Lisez ici comment les architectes allient densité urbaine et histoire industrielle.