Dans DOSSIERS, Environnement

Venons-en aujourd’hui aux faits : qu’est-ce que l’homme a réellement bien pu tirer du biomimétisme ? Jetons-y un œil !

Vous en connaissez peut-être certains mais j’espère pouvoir vous en faire découvrir bien d’autres…
Il m’a été en tout cas difficile de n’en retenir que deux à chaque fois vu tout ce qui existe.

Pour les transports

Du martin-pêcheur, au Shinkansen

Le Shinkansen est le TGV japonais. Il a une énorme qualité : il roule très vite, à plus de 300 km/h. Sauf que plus un train va vite, plus il fait du bruit. Si bien que le bruit du Shinkansen a longtemps dépassé les normes acoustiques. Une très mauvaise nouvelle, puisque ce train traverse de nombreuses villes et zones urbaines japonaises. Pire, il passe aussi de nombreux tunnels très étroits. Or à chaque traversée, l’air du tunnel se trouvait brutalement comprimé puis relâché, ce qui provoquait d’énormes explosions sonores.

En quoi est-ce bio-inspiré ?

La solution est venue de Eiji Nakatsu, un ingénieur ferroviaire qui a la particularité d’être aussi passionné de biologie. C’est lui qui fit le rapprochement entre ce train et un oiseau en s’interrogeant : pourquoi tant de tapage au passage du Shinkansen dans les tunnels alors que le martin-pêcheur parvient lui à plonger dans l’eau pour attraper ses proies sans aucune éclaboussure ? Les deux phénomènes sont comparables : le train comme l’oiseau rencontrent brusquement une forte résistance. Mais l’oiseau traverse l’eau comme une fleur grâce à son bec tranchant.

Résultat : plus aérodynamique, le TGV japonais demande 15% d’énergie en moins et va encore plus vite. Et il n’y a plus d’explosion au passage du TGV dans les tunnels.

Des avions plus performants, grâce aux rapaces, aux requins et même aux canards et oies

La prochaine fois que vous prendrez un avion, peut-être constaterez-vous que le bout de ses ailes est légèrement relevé. Evidemment, il y a une raison à cela : réduction de la consommation (3.5 à 7% quand même), de la taille des voilures et augmentation de la portance des ailes notamment.

En quoi est-ce bio-inspiré ?

Les grands rapaces aussi ont leurs ailes recourbées au bout pour voler plus vite et consommer très peu d’énergie en même temps. Pour ses gammes d’avions, les ingénieurs de la compagnie Airbus ont ainsi développé les extrémités de voilure « winglets », directement inspirées de leurs ailes. Ils ont aussi développé les « sharklets », imaginées à partir des ailerons de requins, qui améliorent la stabilité et permettent de réduire les émissions de CO2.

Le constructeur ne s’arrête pas là dans son approche biomimétique et a présenté en novembre 2019 son dernier projet : le fello’fly. Ce projet entend faire voler deux avions de même type en formation, à la manière des oiseaux migrateurs. Cela se traduit concrètement par un avion de tête, suivi à trois kilomètres de distance par un avion suiveur.
Objectif : diminuer de 5 à 10% sa consommation de carburant sur un vol long-courrier, et ainsi alléger ses émissions de CO2.

Les scientifiques ont longtemps pensé que les oiseaux volant en « V » ne faisaient que suivre le leader du groupe, positionné en tête et considéré comme celui le plus apte à les conduire jusqu’à la bonne destination. Mais de récentes études réalisées grâce à des données transmises par des capteurs installés sur des oiseaux ont permis d’invalider cette hypothèse.

« Scientifiquement, le vol en ‘‘v’’ des oiseaux migrateurs permet de réduire leurs efforts. C’est la même chose qu’entre deux voitures ou deux cyclistes, celui de devant crée un phénomène d’aspiration pour celui de derrière, qui subit une moindre résistance. Dans le cas d’Airbus, l’avion de derrière nécessite donc moins de puissance et économise du carburant », détaille Marc Weber, responsable de la filière aéronautique de l’école d’ingénieurs ESTACA.

Les premiers essais réels du projet «fello’fly» doivent avoir lieu au courant du premier semestre 2020, avant une démonstration avec passagers et sur long-courrier en 2021.

Pour l’architecture

Du scarabée à la récolte d’eau là où il ne pleut jamais

Comment récupérer de l’eau quand il ne pleut pas ? Question ardue et aux milles applications. Andrew Parker et Chris Laurence, deux zoologues anglais, ont un début de réponse…

Pourquoi est-ce bio-inspiré ?

Nos deux zoologues ont en effet décidé de se pencher sur le cas d’un petit scarabée du désert de Namibie. Ainsi, ils espèrent permettre aux ingénieurs de créer des bâtiments qui récupèrent l’eau… du brouillard !

Le scarabée du désert de Namibie n’a en effet pas accès à l’eau douce pour boire. Comment réussit-il donc à s’hydrater ? Il se « fabrique » chaque matin sa goutte d’eau nécessaire à sa survie (50° en journée !). Et pour ce faire, rien de plus « simple et évident » : il parvient à boire l’eau du brouillard, en se servant des petites bosses qu’il a sur le dos et de ses élytres : la carapace de ce scarabée possède en effet des bosses hydrophiles, qui attirent donc l’eau, alternées avec des creux hydrophobes.

Lorsque le brouillard se lève sur le désert, le scarabée se positionne dans la direction du vent. Le brouillard forme une vapeur d’eau qui va se concentrer sur les bosses, formant des gouttelettes. Elles se mettent peu à peu à glisser, via les creux, jusqu’à la bouche du coléoptère !

À l’issue de cette observation, les deux zoologues anglais ont donc eu l’idée de réaliser des filets capteurs de rosée reproduisant cette technique afin d’en équiper les bâtiments. Le scarabée a même inspiré le village de Chungungo, dans l’Atacama, au Chili, pour obtenir de l’eau là où il ne pleut jamais.

Du lotus aux vitres et peintures autonettoyantes

Dans les villes, les vitrines et les murs sont constamment salis par les passants, les voitures, la pollution engendrée etc… Ces mêmes salissures créent aussi un milieu idéal plein de nutriments pour certaines bactéries indésirables qui dégradent la peinture avec le temps. Les grands fabricants s’interrogent donc depuis longtemps déjà pour mettre au point des systèmes auto-nettoyant, qu’ils ont commencé à réussir à développer.

Pourquoi est-ce bio-inspiré ?

Prenons un exemple parlant : Lotusan, ces peintures, comme d’autres, ayant été conçues directement sur le modèle du lotus.

Cette plante vit beaucoup dans des zones marécageuses, où elle est constamment aspergée de poussières. Or, pour pratiquer la photosynthèse, il est indispensable d’avoir ses feuilles propres. Elle a donc trouvé une technique imparable pour enlever les impuretés qui l’asperge tous les jours. En effet, les feuilles de cette plante ne sont jamais mouillées car elles sont composées d’une multitude de petites structures superhydrophobes, autonettoyantes et imperméables, accompagnées d’une cire qui, elle aussi, repousse l’eau. Quand une goutte d’eau vient à tomber sur la feuille, elle roule jusqu’au centre de celle-ci en emportant toutes les saletés avec elle. De plus, quand on observe ces feuilles au microscope, on aperçoit qu’elles sont composées d’une multitude de petites brosses qui visent à limiter le contact entre l’eau et la feuille. Cette propriété existe aussi chez le chou, les feuilles de capucines ou encore les nénuphars, mais dans une moindre mesure.

Il est à noter que cette caractéristique est connue depuis seulement 20 ans dans les pays occidentaux, mais depuis 2000 ans en Asie (et c’est pour cela que le lotus est symbole de pureté dans la religion bouddhiste).

Les matériaux bio-inspirés n’en sont qu’à leurs débuts. Des bâtiments se construisent en reproduisant les effets thermorégulateurs des pommes de pin, dont les écailles s’ouvrent et se ferment selon les variations d’humidité. L’Eastgate building, à Harare, au Zimbabwe, est un gigantesque centre commercial conçu par un architecte passionné de biologie, sur le modèle d’une termitière et ayant ainsi pu mettre au point une climatisation passive en… 1996 ! L’immeuble consomme ainsi 90% d’énergie de moins que la moyenne d’après son concepteur. Plus impressionnant encore, les modèles essentiels que constituent le bambou ou les coquilles calcaires pour les matériaux de construction sont à base de carbone et fixent donc le gaz carbonique au lieu d’en rejeter ! L’entreprise Calera a déjà réussi à inverser l’équation en fixant une demi-tonne de CO2 à chaque tonne de ciment qu’elle produit, sur le modèle des coraux là encore.

Pour le quotidien

Du fruit de la bardane au velcro

Tout le monde connaît le velcro, ce système de fermeture rapide pour vêtement. Plus connue sous le nom de “scratch”, la bande velcro est une invention que l’on doit à l’ingénieur suisse, George de Mestral.

En quoi est-ce bio-inspiré ?

L’histoire raconte qu’en 1941, au retour d’une partie de chasse dans les Alpes, George de Mestral doit enlever quantité de fruits de bardane accrochés à ses vêtements et dans les poils de son chien. La Bardane (Arctium lappa) est une plante sauvage qui possède en effet des fruits qui s’agrippent aux poils des animaux, permettant ainsi la dissémination de ces semences.

George de Mestral eut l’idée d’observer le fruit de la Bardane au microscope, c’est ainsi qu’il constate que les épines du fruit sont terminées par des crochets déformables. Ces crochets se prennent dans les poils et les tissus à boucle et reviennent à leur forme initiale une fois arrachés d’un support.

Cette observation lui donne l’idée de créer un type de fermeture rapide pour vêtement. Après plusieurs années de développement, il obtient le résultat attendu avec une bande de coton doux et une bande de polyester à crochets.

Il nomme son invention Velcro, par apocope des mots « velours » et « crochet », et dépose des brevets à partir du début des années 1950 (dépôt de la marque en 1952), et la production industrielle de Velcro sera lancée dans la foulée !

De nouvelles LED plus performantes inspirées des lucioles

Un des problèmes actuels concernant les lampes LED est que leur efficacité est limitée par la capacité de la lumière à s’échapper de la lampe. En effet, une bonne partie de la lumière émise par les LED se reflète dans le fond de la lampe. Mais de nouvelles LED à l’étude permettraient de résoudre ce problème et, incidemment, produire jusqu’à 98% plus de lumière que la normale.

En quoi est-ce bio-inspiré ?

C’est au microscope électronique que les scientifiques étudient les lucioles, et plus précisément la partie de leur exosquelette localisée au niveau de l’abdomen permettant d’émettre de la lumière dans le noir. Une analyse qui a permis de constater que cette zone luminescente est composée de trois parties, une conception étonnamment semblable à celle de nos LED actuelles : une source lumineuse entourée d’une lentille et d’une surface réfléchissante.

En traversant l’abdomen d’une luciole, la lumière est confrontée à des conditions similaires à ce qu’il se passe dans une LED. Néanmoins, la luciole émet finalement plus de lumière.

La principale différence mise en avant par les scientifiques étant que la lumière émise par la luciole est canalisée par les crêtes de son exosquelette pour les concentrer en un point unique de rayonnement.

En reprenant ce motif naturel et en l’appliquant à des LED, les scientifiques ont pu créer une LED produisant jusqu’à 98% plus de lumière que la normale. Une nouvelle lentille qui permettrait de réaliser d’énormes économies d’énergies pour des résultats supérieurs. Économies qui seraient également financières, car elle permettrait aussi de ne plus avoir à appliquer de traitement antireflet aux lentilles, une opération généralement très coûteuse en termes de coût de fabrication.

Marie B.

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