PROGRAM : A Metabolic Farm for Urban Agriculture / Mixing Uses
LOCATION : New York City, Roosevelt Island
SURFACE AREA : 350.000 m²
HEIGHTS : Antenna=700m; Roof=600m; Top Floor=575m
FLOOR COUNT : 132
AGRICULTURAL FIELDS : 28
MODEL STUDIES : Philippe Steels
PERSPECTIVES : Benoit Patterlini

DRAGONFLY, A METABOLIC FARM FOR URBAN AGRICULTURE

2009 : 800 MILLION OF URBAN FARMERS FOR RESPONSIBLE ECO-CITIES

The world of fast-food and frozen food is over! The urban keen interest of the beginning of our Century turns toward the garden flat bringing back the countryside in our overcrowded cities fighting from now on for a community urban agriculture able to contribute to the durability of the city and to rethink the food production.

On the roofs, terraces, balconies, in the hollow of the non-built public spaces, in the interior yards and the suspended greenhouses, the eco-warrior aspires to escape from its competitive and consumeristic universe imposed by the laws of the market. He desires to cultivate its immediate landscape so as to better take root in the ground by creating his own ecologic and alimentary biodiversity. The consumer becomes from then on producer and the garden inhabitant !

From the Parisian « worker gardens » to the « community gardens » of New York going though Muscovite « vegetable squares », eight hundred million of urban farmers, i.e. more than one human being out of ten, consume nowadays chlorophyllous products from these cosmopolitan kitchen gardens. These new gardens, aware of the emergency to reduce our fuel consumption and the necessity to modify our behaviour facing the climatic changes, decrease thus their environmental impact and build eco-responsible cities on a community way.

2025 : 5.5 BILLION OF CITY SLICKERS FACING THE FOOD CHALLENGE OF THE 21ST CENTURY

According to the PNUD (Programme of the United Nations for the Development), the worldwide urban population will go from 3.1 billion of inhabitants in 2009 up to 5.5 billion of inhabitants within 2025. Looking for a positive energetic assessment, the contemporary city aims within fifteen years at producing cleanly and intensively more energy than it consumes so as to pack this urban exodus! It develops therefore the urban agriculture to become food self-sufficient by recycling at the same time its liquid waste by phyto-purification, its solid waste in fertilizers by composting and by producing energy by biomass, photovoltaic cells and other renewable energies (thermic solar, photovoltaic solar, wind, tide-turbine energies…).

In order to avoid the asphixiation of the planet and the feeding of its 9 billion of inhabitants within 2050, it deals thus with reinventing the traditional energetic pattern between the city and the countryside between western countries, emerging countries and developing countries. This sums up as following: on the one hand import of natural and food resources, and on the other hand export of waste and pollution. The ecologic city aims at reintegrating the farming function on the urban scale by emphasizing the role of the urban agriculture in the use and the reuse of natural resources and biodegradable waste so as to close the loop of ecologic flows.

The urban agriculture can feed the city without any pesticide or chemical fungicide (whose toxicity is proved on the human being : cancer, sterility…), and make it less food dependant of its backcountry or other regions of the world. Organising the distribution of fresh products in short circuits, that means linked directly with the consumer, the urban agriculture complete thus the traditional agriculture. In addition to the nutritive quality of the produced and consumed food, the urban agriculture is also a growth lever of the urban unemployment market and the local economy. It is used directly as a social link in the conciliation of the primary needs of the newcomers with the challenge of their integration in the life of the city, fighting thus against poverty and exclusion. On the sanitary level, this farm approach presents also an interesting potential for the decontamination of polluted grounds and undergrounds as well as for he purification of the polluted atmosphere in CO2.

Due to the fuel crisis and climatical change, the rural agriculture of the western countries must answer to the worldwide food crisis of the developing countries and mainly Africa. Its role is from now on to produce (with an increase estimated of 60% within 2050) all the foodstuffs transportable by boat such as cereals or corn. This is based on the evolution of the science and the most advanced biotechnologies. In addition to this nutritious role, the rural agriculture is newly challenged to recycle its own culture rebus for the green chemistry in order to produce the bio fuel called “second generation fuel” using the energy of non-consumable materials from the plants, that means fibres such as celluloses.

DRAGONFLY, A NOURISHING VERTICALY CULTIVATED CENTRAL PARK

The architecture has to be in the service of this new agriculture and to design this new social desire in this context of ecologic mutation and food autonomy! The Dragonfly project suggests therefore building a prototype of urban farm offering around a mixed programme of housing, offices and laboratories in ecological engineering, farming spaces which are vertically laid out in several floors and partly cultivated by its own inhabitants. This vertical farm sets up all the sustainable applications in organic agriculture based on the intensive production varied according to the rhythm of the seasons. This nourishing agriculture is furthermore in favour of the reuse of biodegradable waste and the keeping of energy and renewable resources for a planning of ecosystemic densification.

In order to conceptualize this project and give our point of view in the ecological and social crisis debates, Dragonfly sets up along the East River at the South edge of the Rooselvelt Island in New York between Manattan’s Island and the Queens’ district. So as to face the landed pressure, Dragonfly stretches itself vertically under the shape of a bionic tower relocating a new urban biotope for the fauna and the local flora and recreating a food production auto-managed by the inhabitants in the heart of Big Apple.

Floor by floor, the tower superposes not only stock farming ensuring the production of meat, milk, poultry and eggs but also farming grounds, true biological reactors continuously regenerated with organic humus. It diversifies the cultivated varieties to avoid the washing of stratums of soft substratum. Thus, the cultures succeed one another vertically according to their agronomical ability to provide some elements of the ground between the essences that are sowed and harvested. The tower, true living organism, becomes thus metabolic and self-sufficient in water, energy, and bio-fertilizing. Nothing is lost; everything is recyclable to a continuous auto-feeding!

A BIONIC AND ENERGETICALLY SELF-SUFFICIENT ARCHITECTURE

The architecture of Dragonfly prototype suggests reinventing the vertical building (that outlined the urbanistic booming of New York City since the 19th Century) as structurally and functionally as ecologically and energetically.

To ensure the social diversity and a permanent life cycle (24h/24) in the tower, the mixed programmation is mainly laid out around two poles of housing and work places. Around housings, offices and research laboratories as well as the most private to the most public agricultural and leisure spaces are designed in gardens, kitchen gardens, orchards, meadows, rice fields, farms and suspended fields. The distribution of flows is made around a true safe spine spreading in loop the numerous elevators, the goods elevators and stair wells serving all the levels by separating simultaneously the inputs and the outputs recycled from plants, animals and human beings.

Architecturally, the functional organisation is represented by two oblong towers symetrically arranged in pair around a huge climatic greenhouse that links them and deploys itself between two crystalline wings. These very light wings in glass and steel retake the loads of the building and are directly inspired from the structure of the dragonfly wings coming from the family of “Odonata Anisoptera” whose transparent membrane is very finely nervured. Two inhabited rings buttress around these wings. Their organically chiselled exo-structure accommodates the inter-climatic spaces that receive the agrarian cultures. They buttress.

The whole set forms «double layer» architecture in bee nest mesh that exploits the solar passive energy at its maximum level, by accumulating the warm air in the winter in the thickness of the exo-structure, and by cooling the atmosphere by natural ventilation and by evapo-perpiration of the plants in the summer. Protecting thus the cultures from climatic changes in New York (from -25.5°C in the winter to +41°C in the summer), these plug spaces are useful to reflect on the agriculture not anymore in terms of surface area but really in terms of volume. Actually, whereas grounds nourish orchards, each wall and each ceiling are metamorphosed into three-dimensional kitchen gardens. The interior frontages of the housing and offices throw towards the skyline of New York the cantilever of their hydrophonic balconies with hexagonal section thanks to what it multiplies the culture layers by floors. The vegetation abounds, the earth is swarming of insects and animals are freely brought up in holding tanks by urban consumers with low income. The architecture becomes eatable !

In addition to this thermal called « passive » system, the integration of renewable energies has been thought from the design of Dragonfly to meet the needs of a completely energetically self-sufficient project in urban centre. Actually, the South prow of the tower receives in all the heights of its curve a solar shield producing half of the electric energy needed for its functioning. The other half is ensured by the three wind machines with vertical axes of Darrieus type that coils itself up in the three lenses hollowed in the North part of the micro-pearled shell towards dominated wind of New York. The exterior façades of the tower present a double personality. Actually, in the West of the Island near Manhattan, the façades are treated in planted walls, whereas in the East near the Queens’ district, the wet exterior walls are cultivated with tropical essences. These vertical gardens enable to filter the rain water and the effluents of domestic liquid waste of the tower inhabitants. The collected waters undergo an appropriate organic treatment for the farming reuse, bringing all the nitrogen and an important part of phosphor as well as potassium needed for the production of fruits, vegetables and cereals.

Outlining the bank of the Roosevelt Island, the tower widens at each side of its basis to better integrate the flows that cross it and to welcome two marinas along the East River. This widening out forms two huge photovoltaic vaults such as a solar dress floating above these two urban harbours: on the western marina side, the wooden pontoons of the taxi boats open panoramically on the Midtown bank and on the eastern marina side, the floating market oriented towards the Queens’ district is designed to distribute through the river the food production of this vertical farm to the heart of Manhattan and to its million and a half of city slickers. Moreover, these two marinas accommodate two huge aquaculture ponds, true tank of soft water filtered by the planted frontages and dedicated to be reinjected in the hydroponic network of the Dragonfly tower.

According to the evolution of the urban agriculture enhanced by the FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations) that has been realising since 2007 that the organic agriculture on a large scale would be able to nourish the planet, the Dragonfly project challenges the city of New York to rethink its food production. In response, this project of inhabited vertical farm replies to the contemporary dilemma of producing not only ecologically but also more intensively on non-extensive earth. This by merging also directly production place and consumption place in the heart of the city!

Vincent Callebaut Architect

TEXTE FRANCAIS

DRAGONFLY, UNE FERME METABOLIQUE POUR L'AGRICULTURE URBAINE

2009 : 800 MILLIONS D’AGRICULTEURS URBAINS POUR DES ECO-CITES RESPONSABLES

Fini le fast-food et le surgelé ! L’engouement citadin de ce début de siècle s’oriente vers l‘appartement potager rapatriant la campagne dans nos villes densifiées et militant désormais pour une agriculture urbaine communautaire capable de contribuer à la durabilité de la ville et de repenser la production alimentaire.

Sur les toits, les terrasses, les balcons, au creux des espaces publics non-bâtis, dans les cours intérieures et les serres suspendues, l’éco-citoyen aspire à se soustraire de son univers compétitif et consumériste imposé par les lois du marché. Il désire cultiver son paysage immédiat afin de mieux s’enraciner dans la terre en se créant sa propre biodiversité écologique et alimentaire. Le consommateur se fait désormais producteur et l’habitant jardinier !

Des « jardins ouvriers » parisiens aux « community gardens » new-yorkais en passant par les « carrés de légumes » moscovites, huit cent millions d’agriculteurs urbains, soit plus d’un humain sur dix, consomment aujourd’hui les produits chlorophylliens de ces potagers cosmopolites. Ces nouveaux jardiniers, conscients de l’urgence de réduire notre consommation de pétrole et de la nécessité de modifier nos comportement face aux changements climatiques, réduisent ainsi leur impact environnemental et construisent communautairement des cités éco-responsables.

2025 : 5.5 MILLIARDS DE CITADINS FACE AU DEFI ALIMENTAIRE DU XXIème SIECLE

Selon le Programme des Nations Unies pour le Développement (PNUD), la population urbaine mondiale passera de 3.1 milliards d’habitants en 2009 à 5.5 milliards d’habitants d’ici 2025. Vers un bilan énergétique positif, la ville contemporaine vise d’ici quinze ans à produire proprement et intensivement plus d’énergie qu’elle n’en consomme afin d’encaisser cet exode urbain ! Elle développe pour cela l’agriculture urbaine afin de s’auto-suffire alimentairement tout en recyclant ses eaux usées en eaux pures par phyto-épuration, ses déchets solides en engrais par compostage, et en produisant de l’énergie par biomasse, piles à combustible et autres énergies renouvelables (solaire thermique, solaire photovoltaïque, éolien, marée-motricité, etc.).

Afin d’éviter l’asphyxie de la planète et de ses 9 milliards de bouches à nourrir d’ici 2050, il s’agit donc de réinventer le modèle énergétique traditionnel entre ville et campagne, entre pays occidentaux, pays émergents et pays en voie de développement qui se résume comme suit : importation de ressources naturelles et alimentaires d’une part et exportation de déchets et de pollution d’autre part. Par réaction, la ville écologique a pour objectif la réintégration de la fonction agricole à l’échelle urbaine en soulignant le rôle de l’agriculture urbaine dans l’utilisation et la réutilisation de ressources naturelles et des déchets biodégradables afin de fermer la boucle des flux écologiques.

L’agriculture urbaine peut nourrir la ville sans pesticides ou fongicides chimiques (dont la toxicité est avérée sur l’homme : cancer, stérilité, etc.) et la rendre moins dépendante alimentairement de son arrière pays ou des autres régions du monde. Organisant la distribution des produits frais en circuits courts, c’est-à-dire en lien direct avec le consommateur, l’agriculture urbaine vient ainsi complémenter l’agriculture traditionnelle. En plus de la qualité nutritive des aliments produits et consommés, l’agriculture urbaine est également un levier de croissance du marché de l’emploi urbain et de l’économie locale. Elle sert directement de chaînon social dans la conciliation des besoins primaires des nouveaux arrivants avec les défis de leur intégration dans la vie de la cité, luttant ainsi contre la pauvreté et l’exclusion. Du point de vue sanitaire, cette approche agricole présente aussi un potentiel intéressant pour la décontamination des sols et des sous-sols pollués ainsi que pour l’épuration de l’atmosphère viciée en CO2.

L’agriculture rurale des pays occidentaux doit quant à elle, crise du pétrole et changement climatique obligent, répondre à la crise alimentaire mondiale des pays en voie de développement et principalement de l’Afrique. Son rôle est donc désormais de produire (avec un accroissement estimé à 60% d’ici 2050) toutes les denrées transportables par bateau comme les céréales et le maïs et cela en s’appuyant sur l’évolution de la science et des biotechnologies de pointe. En complémentarité de son rôle nutritif, l’agriculture rurale se voit attribuer le nouveau défi de recycler ses propres rebus de culture pour la chimie verte afin de produire les biocarburants appelés « de seconde génération » tirant l’énergie des matières non-consommables des plantes c'est-à-dire des fibres comme les celluloses notamment.

DRAGONFLY, UN CENTRAL PARK NOURRICIER CULTIVE A LA VERTICALE

Dans ce cadre de mutation écologique et d’autonomie alimentaire, c’est à l’architecture de se mettre au service de cette néo-agriculture et de traduire cette nouvelle aspiration sociale ! Le projet Dragonfly propose donc de construire un prototype de ferme urbaine offrant, autour d’un programme mixte de logements de bureaux et de laboratoires en génie écologique, des espaces agricoles étagés verticalement et cultivés en partie par ses propres habitants. Cette ferme verticale met en place toutes les pratiques durables en agriculture biologique basée sur la production intensive et diversifiée suivant le rythme des saisons. Cette architecture nourricière est, de plus, favorable à la réutilisation des déchets biodégradables et à la conservation de l’énergie et des ressources renouvelables dans la perspective d’une planification de densification écosystémique.

En vue de contextualiser ce projet et de se positionner dans les débats sur la crise sociale et écologique, Dragonfly vient s’implanter au fil de l’eau sur l’East River à la pointe sud de la Roosevelt Island à New York entre l’île de Manhattan et le quartier de Queens. Pour faire face aux pressions foncières, Dragonfly s’étire verticalement sous forme d’une tour bionique relocalisant un nouveau biotope urbain pour la faune et la flore locale et réinsufflant une production alimentaire autogérée par les habitants au cœur de Big Apple.

De palier en palier, la tour superpose non seulement des élevages assurant la production de viande, de laitage, de volaille, et d’œufs, mais aussi des sols agricoles, véritables réacteurs biologiques régénérés en continu en humus organique. Elle diversifie les variétés cultivées pour éviter le lessivage des strates de substrat moelleux. Ainsi, les cultures se succèdent à la verticale selon leur aptitude agronomique à fournir certains éléments au sol entre les essences qui y sont semées et récoltées. La tour, véritable organisme vivant, devient ainsi métabolique et auto-suffisante en eau, en énergie et en bio-fertilisants. Rien ne se perd, tout se recycle vers une auto-alimentation continue !

UNE ARCHITECTURE BIONIQUE ET AUTOSUFFISANTE ENERGETIQUEMENT

L’architecture du prototype Dragonfly propose donc de réinventer la construction à la verticale qui a marqué l’essor urbanistique de la ville de New York depuis le 19ème siècle aussi bien structurellement et fonctionnellement qu’écologiquement et énergétiquement.

Pour assurer la mixité sociale et un cycle de vie permanent 24h/24 au sein de la tour, la programmation mixte est principalement décomposée autour des deux pôles du logement et du travail. Autour des habitats, des bureaux et des laboratoires de recherche, s’organisent ainsi les espaces agricoles et de loisirs, des plus privés au plus publics, en jardins, potagers, vergers, prairies, rizières, fermes, et champs suspendus. La répartition des flux se fait autour d’une véritable colonne vertébrale sécurisée répartissant en boucle les batteries d’ascendeurs, les monte-charges et les cages d’escaliers desservant tous les niveaux tout en scindant les inputs et outputs recyclés des végétaux, des animaux et des humains.

Architecturalement, cette organisation fonctionnelle se traduit par deux tours oblongues et jumelées symétriquement autour d’une immense serre bioclimatique qui les relie et se déploie verticalement entre deux voiles cristallins. Ces voiles ultralégers de verre et d’acier reprennent les charges de l’édifice et sont directement inspirés de la structure des ailes de libellule de la famille des odonates anisoptères dont la membrane transparente est très finement nervurée. Autour de ces ailes, viennent s’arque-bouter les deux anneaux habités dont l’exo-structure ciselée organiquement abrite les espaces inter-climatiques recevant les cultures agraires.

L’ensemble forme une architecture « double-peau » en résille de nid d’abeille qui exploite au maximum l’énergie solaire passive en accumulant l’air chaud l’hiver dans l’épaisseur de l’exo-structure et en rafraichissant l’atmosphère par ventilation naturelle et par évapotranspiration des plantes l’été. Mettant ainsi à l’abri les cultures des forts contrastes climatiques new-yorkais (de -25.5°C en hiver à +41°C en été), ces espaces tampons sont mis à profit pour repenser l’agriculture non plus en termes de superficie mais bien de volume. En effet, tandis que les sols nourrissent des vergers, chaque mur et chaque plafond sont métamorphosés en potagers tridimensionnels. Les façades intérieures des logements et des bureaux jettent quant à elle vers la skyline new-yorkaise les porte-à-faux de leurs balcons hydroponiques à section hexagonale multipliant par ce biais les couches de cultures par étage. La végétation foisonne, la terre grouille d’insectes et les animaux de ferme sont élevés librement en viviers par les consommateurs urbains à faible revenu. L’architecture devient comestible !

En complémentarité de ce dispositif thermique dit « passif », l’intégration des énergies renouvelables a été pensée dés la conception de Dragonfly pour répondre aux attentes d’un projet complètement autosuffisant énergétiquement en centre urbain. En effet, la proue sud de la tour reçoit sur toute la hauteur de son galbe un bouclier solaire produisant la moitié de l’énergie électrique nécessaire à son fonctionnement. L’autre moitié étant assurée par les trois éoliennes à axe vertical de type Darrieus qui se lovent dans les trois lentilles creusés dans la partie nord de la coque micro-perlée en direction des vents dominants new-yorkais. Les façades extérieures de la tour présentent quant à elles une double personnalité. En effet, à l’Ouest de l’île vers Manhattan, les façades sont traitées en murs végétaux arides tandis qu’à l’Est vers le Queens les parois extérieures plus humides sont cultivées avec des essences tropicales. Ces jardins verticaux permettent de filtrer l’eau de pluie et les effluents des eaux usées domestiques des habitants de la tour. Les eaux récoltées subissent ainsi un traitement biologique approprié pour leur réutilisation agricole, apportant tout l’azote et une bonne partie du phosphore et du potassium requis pour la production des fruits, légumes et céréales.

Surlignant la rive de la Roosevelt Island, la tour s’évase de part et d’autre de sa base pour mieux ingérer les flux qui la traversent et pour accueillir deux marinas épousant les flots de l’East River. Cet évasement forme deux grandes voutes photovoltaïques telle une robe solaire flottant au dessus de ces deux nouveaux ports urbains : d’une part côté marina Ouest les pontons en bois des bateaux taxis s’ouvrent panoramiquement sur la rive de Midtown et d’autre part côté marina Est le marché flottant orienté vers le Queens est conçu pour distribuer par voie fluviale la production alimentaire de cette ferme verticale au cœur de Manhattan et à son million et demi de citadins. De plus ces deux marinas abritent deux grands étangs d’aquaculture, véritables réservoirs d’eau douce filtrée par les façades végétales et destinée à être réinjectée dans le réseau hydroponique de la tour Dragonfly.

Suivant l’évolution de l’agriculture urbaine encouragée par la FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations) qui constate depuis 2007 que l'agriculture biologique étendue à grande échelle serait à même de nourrir la planète, le projet Dragonfly lance donc le défi à la ville de New York de repenser sa production alimentaire. En réponse, ce projet de ferme verticale habitée répond au dilemme contemporain de produire non seulement plus écologiquement mais aussi plus intensivement sur une terre non-extensive et cela tout en fusionnant directement lieu de production et lieu de consommation au cœur de la cité !

Vincent Callebaut Architecte