Biomimétisme
Un article de Encyclo-ecolo.com.
Le biomimétisme
- Depuis 3,8 milliards d’années, la vie s’est diversifiée en d’innombrables espèces qui interagissent dans un équilibre dynamique avec la planète. Aujourd’hui, on estime à plusieurs millions le nombre d’espèces vivantes. Chacune a obtenu sa survie à long terme grâce à un processus d’adaptation naturelle, par
essais et erreurs, et représente donc une application concrète des principes de la durabilité. (Source : Biomimicry Europa)
Biomimétisme - définition
Le biomimétisme est une discipline révolutionnaire. Le biomimétisme investit toujours de nouveaux champs d'application étonnants. C'est quand la nature sert d'inspiration à l'homme pour concevoir de quoi améliorer son quotidien et faire avancer la science.
Le biomimétisme est une approche scientifique révolutionnaire qui analyse les meilleures idées de la nature — depuis les filaments collants de la moule, les coques en « verre » de certaines algues unicellulaires, l'efficacité énergétique de la photosynthèse, la solidité du corail, la résistance des fils de soie de l'araignée — pour les adapter au service de l'homme.
Le biomimétisme, défini par Janine Benyus en 1997, est une démarche d’innovation, qui fait appel au transfert et à l’adaptation des principes et stratégies élaborés par les organismes vivants et les écosystèmes, afin de produire des biens et des services de manière durable, et rendre les sociétés humaines compatibles avec la biosphère
Si imiter la nature n’est pas une nouveauté, le biomimétisme apparaît comme une démarche structurée et reproductible, une pensée, présentant un certain nombre de principes, qui consiste à étudier les modèles de la nature et à reproduire les propriétés essentielles (formes, processus, symbioses, etc.).
D'où vient le mot Biomimétisme
- Le terme de biomimétisme apparaît au début des années 80 mais il est popularisé par une biologiste naturaliste et écrivaine, Janine Benyus, au milieu des années 90. À travers son ouvrage Innovation inspired by nature (1997), elle propose de montrer et de décrypter les secrets de la nature dont l’homme peut s’inspirer pour concevoir des objets, des processus s’inscrivant dans une démarche de durabilité. Cette démarche consiste alors à observer les plantes, les animaux, les micro-organismes, afin de trouver des solutions efficientes et en accord avec la planète, aux problèmes que nous
rencontrons aujourd’hui.
Histoire de la notion de Biomimétisme
Les exemples bio-inspirés sont très anciens, mais la formulation d’une démarche rentrant en résonnance avec le développement durable, elle, est récente.
Si le biomimétisme désigne le transfert et l’application de formes, de processus et de propriétés remarquables observées à différentes échelles du vivant afin de concevoir de manière durable, dans les activités humaines, c’est avant tout une approche scientifique émergente de la recherche qui s’appuie sur des concepts précédents, que sont la bio-inspiration, la bionique et la bio-assistance.
De la bio-inspiration au biomimétisme
De tout temps, l’Homme, de manière plus ou moins consciente, s’est inspiré de la nature dans sa façon de vivre, de construire ou de produire. Qu’il s’agisse de chasser, pêcher ou encore de se chauffer les Hommes ont tiré des leçons de leur environnement pour reproduire ou transformer divers procédés naturels pouvant leur être utiles, afin de trouver des réponses à des problèmes simples et complexes. Dès l’Antiquité, au début des démarches scientifiques, l’Homme cherche, grâce à l’analyse des phénomènes, à établir des théories permettant l’amélioration des sciences. L’Homme fait des observations dans un milieu concret pour en tirer ensuite des conclusions.
À la Renaissance, Léonard de Vinci s’inspire de la nature, l’interprète et cherche à l’imiter pour permettre aux humains de voler ou planer. Les oiseaux et les chauves-souris lui inspirent diverses machines, toutes plus ingénieuses les unes que les autres. Bien que ne passant jamais à la réalisation, il couche ses idées sur papier ouvrant ainsi la voie, par la bio-inspiration, au biomimétisme moderne.
Les avancées scientifiques et techniques apparues dans les années 60 ouvrent de nouveaux champs d’application. L’observation de la nature et de ses composés pousse les hommes à en interpréter les principes afin de les transposer aux créations humaines. Les scientifiques recherchent alors chez les plantes et les animaux, des modèles en vue de réalisations techniques et pharmacologiques, sans toujours en comprendre les mécanismes de fonctionnement. Source inépuisable de progrès et d’innovations, ces nouvelles approches scientifiques, telle que la bionique, se situent au carrefour des disciplines et se conçoivent comme un pont entre le monde vivant et le monde technologique. L’Homme utilise, voire détourne, certaines aptitudes des organismes vivants pour produire des molécules biologiques qu’il n’arrive pas à synthétiser.
À la fin des années 70, il utilise ses capacités « naturelles » sans apporter de modification significative, donnant ainsi naissance à la bio-assistance.
C’est dans les années 90 que Janine Benyus, scientifique américaine, met en exergue le fait que « la nature a 3,8 milliards d’années de Recherche & Développement d’avance sur nous ». En prenantconscience de l’importance et de l’ingéniosité de la nature, elle fournit de nouvelles pistes d’innovation et de succès non pas à exploiter, mais à imiter par une approche transversale, et ce de façon durable. L’idée centrale est que dans la nature, l’évolution a déjà résolu, par nécessité, plusieurs des problèmes avec lesquels nous sommes aux prises : l’énergie, la production alimentaire, le contrôle climatique, la chimie non-toxique, le transport et les matériaux. Cette manière de penser se base sur une vision où l’invention et la relation avec la nature occupent une place prépondérante. Le biomimétisme serait alors un tremplin vers une nouvelle révolution industrielle, où l’organisation humaine serait en équilibre durable avec la Terre, avec pour objectif le « zéro-déchet, zéro-pollution ». (Source : dossier presse Ville de demain - Vélizy- Villacoublay, mai 2014)
Exemples de biomimétisme
Biomimétisme - les aiguilles et les moustiques
Biomimétisme : les aiguilles médicales indolores sont inspirées du moustique. Si vous êtes achomophobe, c'est à dire que vous être allergique à l'idée de subir une piqûre, alors – pour une fois – vous allez dire merci aux moustiques. Car leur piqûre est indolore et deux sociétés japonaises ont décidé de copier cette vertu pour élaborer des aiguilles médicales d'un nouveau type. Les aiguilles qui comme la trompe du moustique sont de forme conique et non plus cylindrique. En 2005, mission accomplie, les nouvelles aiguilles Nanopass 33 sont mises sur le marché et se vendent à des millions d'exemplaires.
Biomimétisme - les LEDs 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. Des chercheurs ont découvert qu’en modifiant des LED en s’inspirant de l’abdomen des lucioles, la brillance de la source lumineuse pourrait être accrue. En effet, l’abdomen de la luciole Photuris est couverte d’écailles en dents de scie. Celles-ci aident l’insecte à briller plus fort.
- > voir l'article De nouvelles LED inspirées par les lucioles ?
Biomimétisme - le revêtement antibactérien inspiré du requin
- Un revêtement antibactérien, mais non toxiques, simulant la peau de requin développé par la société américaine Sharklet
Biomimétisme - le revêtement de verre nanostructuré
- Saint Gobain met au point un revêtement de verre inspiré de la feuille de lotus, verre nanostructuré qui ne mouille pas mais assez solide pour faire un pare-brise
- Un verre autonettoyant est inspiré de la surface hydrophobe des feuilles du Nymphéa
- Un maillot de bain sec dès votre sortie de l'eau, et qui pourtant garde le toucher du coton.
Biomimétisme - les matériaux inspirés du vers à soie
- Le secret de la soie a été percé par des chercheurs du MIT (Massachusetts). Sa capacité à se tordre et se déformer sans casser, sa résistance et sa ductilité sont en effet remarquables. Tout comme les araignées, les vers à soie empilent les protéines qui la composent comme des galettes. Ce faisant la liaison hydrogène, normalement faible, devient extrêmement solide. Cette imitation du vers à soie sert donc à fabriquer des matériaux synthétiques bien plus résistants que l'acier et bien moins chers à produire. (source : Nature Material)
Biomimétisme - les diatomées qui inspirent le verre
- Les coques des diatomées ont inspiré les microsphères de verre encapsulant des molécules thérapeuthiques. Les diatomées ont appris à Arkema à reproduire à température ambiante la réaction de polymérisation à l'origine de la frustule, qui est la coque protectrice et transparente des diatomées qui se fabrique à température ambiante.
Biomimétisme - la colle inspirée par les moules
- Les fabricants de colle s'inspirent de la capacité de la moule à synthétiser des filaments collants dans l'eau de mer. L'objectif est d'arriver à fabriquer des colles fonctionnant en milieu humide et qui donc servirait en médecine.
Biomimétisme - le super adhésif et le gecko
- Le gecko, c'est un collant ! Des chercheurs de l'Université de Amherst (Massachusetts) se sont inspiré des pattes du gecko pour mettre au point un tissu ultra adhésif. Un carré de 10 cm de cotés plaqué contre du verre est capable de soutenir 350 kilos. Ce tissu collant est détachable et réutilisable à l'infini.
Les chercheurs de l'Institut technologique de Karlsruhe (KIT, Bade-Wurtemberg) ont étudié le mécanisme permettant un auto-nettoyage des pattes du gecko. En effet, malgré des contacts répétés avec la poussière et la saleté, les pattes du gecko conservent toutes leurs capacités. L'animal peut escalader des surfaces verticales et lisses en toute sécurité. En coopération avec des chercheurs américains de l'Université Carnegie Mellon de Pittsburgh, les chercheurs allemands ont développé des bandes collantes tout aussi performantes que les pattes de l'animal. Ils ont publié leurs résultats dans la revue "Interface" [1].
Chez le gecko, deux mécanismes participent au phénomène d'auto-nettoyage. Les plus grosses saletés sont enlevées par un mouvement laissant traîner la patte sur le sol, les plus petites sont stockées entre les cils présents sur la plante des pattes et dans les plis de peau des pattes. Ces deux mécanismes ont une efficacité d'auto-nettoyage de 95%. Le vrai défi, cependant, selon Hendrik Hölscher de l'Institut de technique des microstructures (IMT) du KIT, réside dans : "le comportement des particules de la taille des cils."
Les chercheurs ont développé des bandes collantes imitant les pattes de l'animal. Ils ont testé leur solution sur une surface complètement lisse, recouverte de sphères en verre de diamètre micrométrique. Puis ils ont, à de nombreuses reprises, appliqué la bande sur la surface, l'ont faite glisser, puis l'ont décollée afin de simuler le mouvement naturel.
Après le premier passage, la qualité de la surface collante chute. Cependant, après plusieurs cycles, entre huit et dix, la bande récupére entre 80 et 100% de son efficacité. Néanmoins si les sphères plus petites que la taille des cils, la bande ne récupère qu'un tiers de son efficacité. Michael Röhrig de l'IMT explique : "Pour une qualité parfaite, nous avons besoin de cils dans le domaine nanométrique, qui seront donc plus petits que la très grande majorité des impuretés." Pour simuler les plis de peau, les chercheurs ont installé des espaces entre les domaines de cils. La place est suffisante pour stocker de fines particules.
La prochaine étape sera, pour les chercheurs, de pratiquer des essais avec des impuretés de différentes formes et de différents matériaux. (source : .bulletins-electroniques.com/actualites/75268.htm)
Biomimétisme - des filtres solaires inspiré du corail
- Des filtres solaires qui imitent la protection UV du corail : l’agence australienne de recherche scientifique (CSIRO), en partenariat avec la société Larissa Bright Australia, a créé les premiers filtres UVA / UVB au monde qui imitent la protection solaire naturelle utilisés par les coraux de la Grande Barrière de Corail.
Biomimétisme la peau artificielle inspirée des algues et du requin
- Les fabricants de peau artificielle s'inspire de la similitude de comportement entre la membrane protectrice des algues et notre peau, entre leur mode de vie et le nôtre. Cette similitude permet une assimilation parfaite des actifs marins,de trouver des solutions efficaces aux principaux problèmes esthétique (déshydratation, agressions extérieures, excès de graisses, perte d’élasticité…)
- La peau de requin : après les combinaisons de natation imitant la peau de requin, on met au point des surfaces artificielles aux capacités hydrophobes et autonettoyantes. George Lauder de l'Université de Harvard, a découvert que si les requins glissent si bien, ce n'est pas uniquement parce que les écailles de leur peau réduisent la trainée dynamique. C'est aussi par ces écailles exercent une forte poussée sur l'eau (Journal of Experimental Biology)
Biomimétisme - les algues inspirent les industriels
- De très nombreux secteurs industriels ne pourraient se passer des phycocolloïdes ou hydrocolloïdes, des extraits d’algues au pouvoir épaississant, gélifiant et stabilisant irremplaçable. Capable de retenir jusqu'à 140 fois son propre volume d'eau, l'acide alginique, tiré d'algues brunes, est indispensable à l'industrie textile et alimentaire. Le pouvoir gélifiant des agars, issus d'algues rouges, est mis à profit dans toutes sortes de préparations industrielles telles que confiseries et sauces. Quant aux carraghénanes, eux aussi tirés d'algues rouges, leur principal débouché est la fabrication de desserts lactés.
- Exemple avec Phytomer et les algues : la Laminaria digitata est une algue brune composée de longues lanières similaires à des doigts d'où son nom « digitata ». Elle mesure 1 m à 1 m 50, mais sa taille peut atteindre 4 m. Elle se développe en Atlantique nord, et sur certaines côtes africaines. Les scientifiques PHYTOMER ont découvert que cette algue possède une enveloppe à la composition proche de celle de notre épiderme. Elle est constituée d'un polysaccharide (sucre marin), d'acides aminés, de minéraux et d'oligo-éléments, constituants essentiels du NMF (Natural Moisturizing Factors).
En suivant le principe du biomimétisme marin, les scientifiques PHYTOMER utilisent des extraits d'enveloppe algale de Laminaria digitata, baptisés Phéohydrane. Ils permettent de restructurer le film hydrolipidique et d'améliorer la fixation de l'eau dans l'épiderme. Extrait de cyanophycée (micro-algue bleue) possède un système de protection face au vieillissement identique à celui de la peau (Biomimétisme marin)
Biomimétisme - les blindages inspirés des mollusques
- Les blindages militaires en céramique en carbure de silicium sont inspirés des mollusques nacriers dont les coquilles, formées à température et pression, ambiantes, ont une structure en couches superposées qui les rend 1000 fois plus résistant que son constistuant principal, le carbonate de calcium, assez fragile. Les nacres des coquilles sont donc constituées en briques et sous-briques répartis en couches séparées par un ciment organique, et dans une organisation globale quasi fractale très complexe.
- Autre exemple de biomimétisme pour l'armée : dans les profondeurs de l'océan Indien, un escargot a imaginé une parade pour se protéger des prédateurs.
Biomimétisme - Le plastique inspiré des abeilles
- Saviez vous que les abeilles sont aussi capables de fabriquer du plastique. D'après une étude menée par une certaine Debbie Chachra, du Franklin W. Olin College of Engineering, publiée dans le Scientific American, les abeilles collètes, de la famille des colletidae, une espèce d'abeilles de l'hémisphère nord, fabriqueraient en effet une sorte de cellophane de protection autour de leur nid afin de protéger leurs oeufs des baisses de température. Ce bioplastique est aussi imperméable et aussi résistant que notre plastique industriel. Il serait même trop résistant car désormais, Debbie Chachra - associée à une équipe de bactériologistes - mène des recherches pour trouver comment le décomposer, avec des bactéries comme on décompose tout produit naturel. (ce qui devrait être plus facile qu'avec le vrai plastique à base de pétrole) Le but est évidemment d'avoir in fine moins de plastique dans les décharges et surtout dans les océans qui en sont littéralement envahi. On peut aussi envisager des emballages fait de ce plastique naturel ainsi que des matières résistants et modulables qui ne seraient pas à base de pétrole.
Biomimétisme - Les ailes de papillon et la lutte contre la contrefaçon
Quel est le rapport entre une aile de papillon et un billet de banque ? La société canadienne Nanotech Security Corp développe une technologie anti-contrefaçon révolutionnaire. Sans encre ni produit chimique, l’ingénieux procédé joue avec la réflexion de la lumière sur un réseau de nano-trous 1.500 fois plus petits que l’épaisseur d’un cheveu. Impossible à imiter, la technologie permettrait de lutter efficacement la contrefaçon. Une technique qui s’inspire de l’aile bleu vif du Morpho d’Amérique centrale.
Le saviez-vous ? la contrefaçon génère un chiffre d'affaires d'environ $ 650 milliards dpar an.
A première vue aucun hormis leur légèreté. De plus près, on s’aperçoit que la structure de l’aile du Morpho d’Amérique centrale pourrait devenir une arme redoutable en matière de lutte contre les faux billets. C’est ce qu’ont démontré en 2008 les chercheurs de l’Université Simon Fraser de Vancouver qui vendaient un an plus tard une licence à Nanotech Security Corp, entreprise spécialisée dans les nanotechnologies de sécurité.
« NOtES » (Technologie Nano-optique pour une Sécurité Renforcée) le procédé, plus sûr qu’un hologramme, imite le réseau microscopique des nano-trous contenus dans l’aile du Morpho qui interagissent avec la lumière et reflètent un bleu vif chatoyant. NOtES « piège la lumière et donne la couleur. Vous ne pouvez pas le copier ni le numériser » explique Dough Blakeway, PDG de Nanotech. « Notre technologie est plus sûre qu’un hologramme, il n’y a pas de pigment de couleur, ni colorant ou quoi que ce soit d’autre ». Pas de produits chimiques, donc innovation écologique de surcroît.
Débouchés importants : Et le plus intéressant est que cette technologie, connue sous le nom commercial de « KolourOptiks », peut être appliquée à de multiples supports. Outre les billets de banque, l’image générée par NOtES est imprimable sur les cartes de crédit, tickets de concert, passeports, boîtes de médicaments, composants électroniques et autres pièces aéronautiques. Avec 10% de produits contrefaits dans le monde, autant dire que le potentiel est vaste.
Autre avantage, Nanotech Security Corp indique que NotES peut être développée de façon à ce qu’elle soit visible à l’œil nu ou bien détectable uniquement à l’aide d’un lecteur spécialisé. Bel exemple d’innovation par biomimétisme, KolourOptiks a reçu le 7 juin dernier le « Prix de la technologie commerciale la plus prometteuse » de la part de la British Columbia Technology Industry Association. Il faut dire que les perspectives commerciales ne sont pas maigres. Décrite comme « le crime du 21è siècle » par le FBI, la contrefaçon génère chaque année 650 milliards de dollars à travers le monde. (- source : http://www .courantpositif.fr/aile-de-papillon-la-nouvelle-arme-anti-contrefacon/#sthash.Rp5nTs2H.dpuf)
Biomimétisme - la production d'énergie inspirée de la photosynthèse
- Tongxiang Fn de l'Université de Shangaï a mis au point un procédé expérimental, présenté en 2010, destiné à produire de l'hydrogène à partir d'un procédé de la photosynthèse. Ce prototype pourrait permettre la production d'une énergie propre qui ne rejetterait que de l'eau et qui serait inépuisable. Un procédé que de nombreux laboratoires cherchent à perfectionner et industrialiser.
Biomimétisme - les éoliennes et les baleines
- Les pales d'éoliennes inspirées des nageoires de baleines, dont les irrégularités réduisent les turbulences. Idem pour les hydroliennes, qui produisent de l’électricité avec les courants sous-marins. L’approche classique fonctionne avec des hélices. Mais les Australiens ont inventé un système inspiré de la queue de requin, qui a fait ses preuves, depuis 200 millions d’années, pour ne pas être « en turbulence », mais uniquement « en flux laminaire ».
TORONTO (Canada) 07/03/2008 - L'avènement des éoliennes à bosses est pour demain ! Les scientifiques ont longtemps supposé que l'incroyable agilité des baleines à bosse devait beaucoup aux "excroissances" qui se trouvent sur les bords de leurs nageoires principales. A partir de 2004, des chercheurs de l'Université de Harvard ont commencé à le démontrer à travers un modèle mathématique permettant d'expliquer les caractéristiques hydrodynamiques de ces excroissances.
Après avoir été validé, entre autres par la U.S. Naval Academy, ce modèle biomimétique marin n'a pas tardé à trouver des applications pour augmenter les performances des pales des turbines d'éoliennes, des turbines hydroliennes, mais aussi des ventilateurs et aérateurs et même des ailes d'avions. La compagnie canadienne, WhalePower, de Toronto, est en ce moment même la première à être passer de la théorie a la pratique. Whale Power est train de tester ce modèle au Wind Energy Institute of Canada , sur une pale de turbine d'éolienne. Les résultats sont probants : appliquées sur les pales d' éoliennes, ces excroissances appelées " tubercules ", réduisent effectivement le bruit, accroissent la stabilité et permettent de capturer plus d'énergie à partir du vent. Selon Stephen Dewar, directeur de Recherche et Développement chez WhalePower : " La technologie des tubercules a permis à une éolienne d'affronter un ouragan et de survivre à une tempête de neige et de glace ".
Donnant corps aux conclusions des chercheurs de Harvard, WhalePower s'est appliqué à démontrer, par ailleurs, que des aérateurs industriels de bâtiment et des ventilateurs équipés de double pales à tubercules accroissaient leur efficacité de 20%. Un pourcentage suffisamment significatif pour convaincre le plus grand fabricant canadien d'adopter cette technologie sur son prochain modèle de ventilateur, moins bruyant et plus productif, dont la commercialisation se fera fin avril 2008. Les chercheurs de Harvard, quant à eux, prévoit une généralisation future de cette technologie à tout ce qui porte une pale ou qui ressemble à une aile, "l' effet tubercules" accroissant les performances des hélices dans n'importe quel milieu : air, eau, vapeur ou huile.
Certains ont comparé ces performances à celles que les générateurs de vortex sont capables de produire depuis leur invention en 1832 par Michael Faraday, soit il y a un peu plus de 150 ans. Nous sommes loin des millions d'années d'expérience enregistrés par les baleines à bosse dans le domaine de l'hydrodynamique. Il parait donc plutôt intelligent de s'en inspirer aujourd'hui. Les grands cétacés restent une des sources d'inspiration biomimétique marine les plus prolifiques, comme l'ont déjà démontré les applications tirées des mouvements des nageoires de requins appliqués aux Hydroliennes sous-marines. Article : Francis Rousseau
Biomimétisme - le pacemaker inspiré du coeur des baleines
- Saviez-vous que le cœur d’une baleine pèse une bonne tonne ? Ce muscle gigantesque est capable d’envoyer l’équivalent de 6 baignoires de sang oxygéné dans un système circulatoire 4500 fois plus grand que le nôtre. Le tout en douceur avec un rythme de 3 à 4 pulsations par minute. Reynolds a donc étudié de près le fonctionnement du coeur des baleines et s’est aperçu qu’il abrite un réseau de nano-fibrilles qui permettent aux signaux électriques de stimuler les battements de coeur même à travers sa masse graisseuse. Reynolds est parvenu à imiter le phénomène et a inventé un pacemaker sous forme de patch, qui fonctionne sans chirurgie, sans anesthésie et sans batterie ! Le tout 200 fois cher
Exemples de biomimétisme terrestre
- Morning glory" désigne une grande famille de fleurs qu'on connaît aussi sous le nom de "belles de jour" (Ipomées).
Biomimétisme - le scarabée et les filets collecteurs d'eau
- Des filets capteurs de rosée, pour lutter contre la soif, inspirés par le scarabée du Namib Stenocara. Ce scarabée du désert de Namibie, appelé "Stenocara" est capable de survivre en collectant l'eau du brouillard matinal grâce à sa carapace bosselé. 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 ! L’idée qu’ont eu deux zoologues anglais, Andrew Parker et Chris Laurence est de réaliser des filets capteurs de rosée reproduisant cette technique et d’en équiper les bâtiments.
Biomimétisme - les vaccins et les plantes
- Une nouvelle méthode pour conserver les vaccins à température ambiante, inspirée par la plante « résurrection » Myrothamnus flabellifolia,
Biomimétisme - le radar et les chauve-souris
- Aux États-Unis à l'Université Northwestern (Illinois): Le Geckel source d'inspiration pour un adhésif révolutionnaire.
Biomimétisme - la nacre des ormeaux et la céramique
- L'ormeau est un coquillage en voie de disparition, dont la pêche est interdite dans de nombreux pays dont le Canada. La coquille de l'ormeau a des trous et de la nacre à l'intérieur. L'ormeau est un met raffiné très recherché par les gourmets en Bretagne ou en Asie. Sa nacre est elle aussi très recherchée (pour les Rosaces de Guitare par exemple). En réaction à sa raréfaction ou à des disparitions locales importantes, plusieurs pays ont imposé des quotas sévères de récolte ou une protection, mais souvent après un délai important et des manques de moyens de contrôle (garde-côte, etc). C'est une espèce à faible taux de reproduction[réf. nécessaire], qui souffre peut-être de la pollution globale des océans, plus concentrée sur les eaux littorales où il vit. Matériaux minéralisés
Les matériaux qu'ils ont utilisés contiennent beaucoup de minéraux comme nos os ou l'émail de nos dents. Un certain coquillage les a aussi inspirés : celui de l'abalone qu'on appelle aussi ormeau, dont la coquille est très nacrée. La structure de la nacre, comme celle des dents, est étudiée depuis longtemps, car elle allie ténacité et dureté ou résistance à la déformation. Une combinaison que l'on ne retrouve pas dans les matériaux synthétiques. L'équipe de chercheurs a tenté de comprendre comment la nature arrive à créer des matériaux faits de plus de 90 % de minéraux, donc très fragiles, mais qui absorbent l'énergie et résistent aux fissures. Et quoi de mieux, comme équivalent aux minéraux naturels, que le verre. C'est un matériau assez dur, pas très déformable et très fragile, dans lequel les fissures se propagent très rapidement. On n’a qu’à se rappeler ce qui arrive quand on échappe du verre. Il explose en milliers de petits morceaux. Il est parfait pour tenter de répliquer ce que la nature enseigne et pour y constater des résultats probants.
Une bonne gestion des fissures
François Barthelat explique que la nature leur a enseigné comment faire une bonne gestion des fissures. La nacre, par exemple, recouvrant l'intérieur de certaines coquilles de mollusques, contrôle dans un certain sens, la trajectoire des fissures. Elle est faite de petites tablettes qui ressemblent à des blocs Lego. Cependant, l'équipe n'a pas voulu regarder ce matériau comme un assemblage de petites briques, mais plutôt comme un grand bloc plein de petits chemins. De là, leur idée de fissurer le verre. Mais l'important est de contrôler la trajectoire des petits chemins pour les mettre dans des configurations qui empêcheront les fissures de progresser. Ainsi, les fractures seront moins importantes et le matériau aura plus de résistance. a clé du succès : des pièces de casse-tête
Pour faire ces petits chemins, ils utilisent un équipement simple : un laser. Ils tracent des petites lignes, un peu ondulées, pour créer des formes assez régulières et périodiques, vraiment à l'image des pièces d'un casse-tête. Le but? Un blocage géométrique qui rendra plus difficile la fracture du verre.
Une équipe du département de génie mécanique de l'Université McGill, menée par le professeur François Barthelat, vient de développer une nouvelle technique pour augmenter la résilience du verre. Pour ce faire, ils se sont inspirés de la nature. Dans leur laboratoire de biomimétique, ils ont incorporé des structures et des mécanismes trouvés dans la nature afin de rendre un matériau très fragile comme le verre, un peu plus déformable et apte à absorber l'énergie d'un impact.
Autre projet : Les céramiques, qu'elles soient traditionnelles ou de haute technologie, présentent toutes un défaut : leur fragilité. Ce côté cassant pourrait bientôt disparaître car une équipe de chercheurs français** vient de présenter un nouveau matériau céramique inspiré de la nacre des ormeaux, petits mollusques marins à coquille unique.
Ce matériau, près de dix fois plus tenace qu'une céramique classique, est issu d'un procédé de fabrication innovant qui passe par une étape de congélation. [BRK1]Cette méthode semble compatible avec une industrialisation à échelle plus importante, à priori sans surcoût notable par rapport à celles déjà employées. Conservant ses propriétés à des températures d'au moins 600°C, cette nacre artificielle pourrait trouver une foule d'applications dans l'industrie et permettre d'alléger ou de réduire en taille des éléments céramiques des moteurs ou des dispositifs de génération d'énergie.
Ces travaux sont publiés le 23 mars 2014 sur le site internet de la revue Nature Materials.
La ténacité, capacité d'un matériau à résister à la rupture en présence d'une fissure, est considérée comme le talon d'Achille des céramiques. Pour pallier leur fragilité intrinsèque, celles-ci sont parfois combinées à d'autres matériaux plus tenaces, métalliques ou polymères. L'adjonction de tels matériaux s'accompagne généralement de limitations plus ou moins sévères. Par exemple, les polymères ne résistent pas à des températures supérieures à 300°C, ce qui limite leur utilisation dans les moteurs ou les fours.
Un matériau inspiré de la nacre 10 x plus dur qu'une céramique classique. Dans la nature, il existe un matériau proche de la céramique qui est extrêmement tenace : la nacre qui recouvre la coquille des ormeaux et autres bivalves. La nacre est composée à 95 % d'un matériau intrinsèquement fragile, le carbonate de calcium (l'aragonite). Pourtant, sa ténacité est forte. La nacre peut être vue comme un empilement de briques de petite taille, soudées entre elles par un mortier composé de protéines. Sa ténacité tient à sa structure complexe et hiérarchique. La propagation de fissures dans ce type d'architecture est rendue difficile par le chemin tortueux que celles-ci doivent parcourir pour se propager. C'est cette structure qui a inspiré les chercheurs.
Comme ingrédient de base, l'équipe du Laboratoire de synthèse et fonctionnalisation des céramiques (CNRS/Saint-Gobain) a pris une poudre céramique courante, l'alumine, qui se présente sous la forme de plaquettes microscopiques. Pour obtenir la structure lamellée de la nacre, ils ont mis cette poudre en suspension dans de l'eau. Cette suspension colloïdale a été refroidie de manière à obtenir une croissance contrôlée de cristaux de glace. Ceci conduit à un auto-assemblage de l'alumine sous forme d'un empilement de plaquettes. Finalement, le matériau final a été obtenu grâce à une étape de densification à haute température.
Cette nacre artificielle est dix fois plus tenace qu'une céramique classique composée d'alumine. Ceci est dû au fait qu'une fissure, pour se propager, doit contourner une à une les « briques » d'alumine. Ce chemin en zigzag l'empêche de traverser facilement le volume du matériau.
L'un des avantages du procédé est qu'il n'est pas exclusif à l'alumine. N'importe quelle poudre céramique, pour peu qu'elle se présente sous la forme de plaquettes, peut subir le même processus d'auto-assemblage. De plus, l'industrialisation de ce procédé ne devrait pas présenter de difficultés. L'obtention de pièces composées avec ce matériau bio-inspiré ne devrait pas entraîner de grands surcoûts. Sa forte ténacité pour une densité équivalente pourrait permettre de fabriquer des pièces plus petites et légères. Il pourrait devenir un matériau de choix pour les applications soumises à des contraintes sévères dans des domaines allant de l'énergie au blindage.
** le Laboratoire de synthèse et fonctionnalisation des céramiques (CNRS/Saint-Gobain), en collaboration avec le Laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement (CNRS/ENS de Lyon/Université Claude Bernard Lyon 1) et le laboratoire Matériaux : ingénierie et science (CNRS/INSA Lyon/Université Claude Bernard Lyon 1) - (Source : Nature Materials)
Biomimétisme - les invertébrés et la réparation des nerfs
- C'est en s'inspirant de la capacité des invertébrés à réparer leurs axes nerveux sectionnés que des chercheurs ont développé un mécanismé similaire pour soigner les mammifères. Selon Geoge Bittner de l'Université du Texas, cette technique permettrait de reconnecter les cellules humaines en quelques minutes seulement et de récupérer le contrôle des organes qu'elles pilotent. Cela fonctionne aussi vite sur les rats après que leur nerf sciatique soit tranché? (Journal of Neuroscience Research)
Biomimétisme - le radar et les chauve-souris
- Une chauve-souris n'entre jamais en collision avec un obstacle. Grâce à quoi ? Des chercheurs de l'Université de Broown ont fait voler des chauve-souris équipés de micropones dans une cage encombrée d'obstacles. Ils ont constaté que les volatiles poussent des cris plus rapides en modulant leur fréquence pour les distinguer des autres. Cette technique va servir à améliorer les sonars et les radars industriels.
Biomimétisme et architecture
- sept 11 : Pour habiller la façade du centre hospitalier Henri-Duffaut d'Avignon, l'Agence Gilles Bouchez a choisi d'employer des panneaux de béton préfabriqués, grâce à la réalisation de matrices élastomères
- Des immeubles qui imitent la climatisation passive des termitières
Biomimétisme - les immeubles inspirés des éponges
- Les architectes et les éponges : Avec ses 300 mètres, la Pearl River Tower actuellement en construction en Chine deviendra peut-être le premier gratte-ciel produisant plus d’énergie qu’il n’en consomme. Après avoir étudié la manière dont les éponges absorbent au mieux l’énergie disponible dans leur environnement au lieu de la renvoyer, Adrian Smith du cabinet géant S.O.M. de Chicago a intégré dans la tour non seulement des collecteurs d’eau de pluie et des capteurs solaires, mais également des turbines éoliennes placées au milieu de la façade.
Biomimétisme intelligent : l'exemple des fourmis
- Chez certaines espèces, une fourmi qui ne peut récupérer seule une proie recrute parfois des congénères pour l’aider: pendant quelques minutes, les fourmis changent de positions et d’alignements autour de l’objet, jusqu’à ce qu’elles soient capables de transporter la proie vers le nid.
Ronald Kube et Hong Zhang, de l’Université d’Alberta, ont reproduit ce comportement avec des robots mécaniques. Ces derniers devaient pousser une boîte vers un emplacement donné. La boîte ne pouvait être poussée par un seul robot, et de surcroit, ceux-ci étaient dotés d’instructions simples telles que : trouver la boîte, établir un contact avec elle, se positionner de manière à ce que la boîte se trouver entre le robot et le but , puis pousser la boîte en direction du but.
Malgré la simplicité des programmes, la similitude entre le comportement des robots et celui d’une colonie de fourmis est frappant : les robots se déplacent d’abord au hasard, à la recherche de la boîte. Puis, quand ils l’ont localisée, s’ils sont en nombre suffisant, ils la poussent. Lorsque la boîte reste immobile, les robots changent leurs positions et leurs alignements. Ils se repositionnent en permanence lorsqu’ils perdent le contact avec la boîte, quand ils se bloquent mutuellement ou lorsque la boîte tourne. Enfin, malgré leurs capacités limitées, les robots amènent la boîte au but. (Source : Pour la Science - Eric Bonabeau et Guy Théraulaz)
Biomimétisme - le béton inspiré du corail
- La fabrication du corail qui synthétise du carbonate de calcium, magnésium et carbonate de l'eau de mer en utilisant les ions présents dans l'eau de mer pour faire un cristal carboné et dont le squelette résiste de 12 à 80 megapascals pendant jusque 800 ans, inspire l'industrie du béton. pour élaborer un béton résistant à des pressions de 60 megapascals pendant une centaine d'année. L'industrie du béton 'Calera en Californie) émet 5 à 10 % du CO2 anthropique.
Biomimétisme - le mortier et le riz gluant
- Le riz gluant : Le riz gluant fait des miracles. Après avoir analysé le mortier utilisé pour les briques de la Grande Muraille de Chine, des scientifiques chinois ont fait une découverte pour le moins originale
Biomimétisme - le revêtement inspiré de l'ours polaire
- L'ours polaire : la fourrure de l’ours polaire et sa capacité à réguler les échanges de chaleur se retrouvent dans le Singapore Arts Centre. Sa surface, réalisée par les ingénieurs d’Atelier One, est recouverte de losanges en aluminium qui jouent le rôle des poils de la fourrure. Leur orientation est contrôlée par des capteurs de lumière photoélectriques. Par mauvais temps, les losanges s’ouvrent pour laisser passer la lumière directe du soleil et chauffer le bâtiment. En cas d’ensoleillement, les losanges se referment afin de réduire le rayonnement solaire direct tout en laissant passer suffisamment de lumière indirecte, qui arrive à l’intérieur en se réfléchissant sur la surface en aluminium des losanges. Le résultat est un étonnant bâtiment à la forme arrondie qui ressemble davantage à la carapace du tatou qu’à un ours polaire.
Exemples d'utilisation industrielle du biomimétisme
- Certains se penchent sur la façon dont la nature se crée, fonctionne, se régénère, se transforme, en bref sur ce qui fait que les organismes ressemblent à des produits parfaitement achevés, fruit d’une évolution dont on pourrait tirer des enseignements. L’idée n’est pas nouvelle : de tout temps les hommes ont imité la nature pour créer des machines, se soigner, ou bien inspirer l’organisation de leurs sociétés.
- La dureté des problèmes économiques actuels, avec l’Epuisement des ressources et les atteintes portées au fonctionnement même de l’environnement de la planète, justifierait maintenant d’utiliser davantage des recettes visant à réhabiliter le vivant, à introduire ses fonctionnalités dans les modèles de développement. "
Biomimétisme - Le cou de la girafe et la combinaison du pilote de chasse
- La tête de la girafe pour être correctement irriguée en sang exige du coeur de l’animal d’exercer une pression sanguine deux fois plus forte que celle du corps humain. Quand la girafe se penche pour boire ou pour brouter, comment se fait-il que la pression n’augmente pas si fort (comme elle le devrait) que la girafe n’y succombe ou perde connaissance ? Ce sont de multiples petits modules contractiles qui, tout au long de son cou, le resserre de manière à diminuer le débit sanguin et à empêcher le sang de refluer.
C’est ce qui inspire la conception d’une combinaison destinée à aider les pilotes de chasse ou les spationautes à supporter l’accélération jusqu’à 9 g, là où habituellement ils tendent à s’évanouir vers 5 g. La combinaison est traversée de « boudins » gonflables qui aident à contracter le corps du pilote de manière à faire refluer le sens des pieds et des mains vers le coeur et vers le cerveau.
Biomimétisme - Le pic et pêche et le casque de moto
- Le pic et pêche est un oiseau qui tape du bec sur les écorces des arbres : un tel choc, s’il était supporté par un homme, le tuerait immédiatment. L’organisme du pic et pêche a été étudiée pour comprendre comment le cerveau de l’oiseau fait pour supporter de tels chocs si fréquents. Le dispositif d’absorption du pic et pêche est constitué en 4 niveaux : la couche extérieure est le bec, sous lequel deux autres couches indépendantes cou
Biomimétisme -Le papillon et le smartphone
- 19% des gens déclarent avoir fait tomber leur téléphone dans les toilettes. Et alors ?
Les ailes du papillon sont totalement imperméable à l’eau qui ruisselle et goutte sur leur surface de manière parfaite. L’aspect brillant du papillon n’est pas due à un imperméabilisant mais plutôt à des millions de minuscules écailles alvéolées dont la taille, supérieure à celle des gouttes de pluie, empêche l’eau de les toucher efficacement. Les laboratoire s’en sont inspirées pour mettre au point des matériaux hydrophobes qui repoussent parfaitement l’eau. Une qualité tout à fait utiles à bien des objets et pas qu’aux téléphones mais également à des ustensiles de cuisine, des vêtements, etc. Les appareils électroniques pourraient bénéficier d’application de films hydrophobes ... inspirée de la forêt tropicale d’Amérique du sud et d’un simple papillon.
Pour sauver la nature, faut-il l’imiter ?
Un ouvrage sur le biomimétisme
« Biomimétisme - Quand la nature inspire des innovations durables » de Janine Benyus est paru en librairie le 4 mai 2011 dans la collection Initial(e)s DD Dans ce livre fondateur, Janine M. Benyus nous fait découvrir des chercheurs pionniers dans le développement d'applications efficaces et respectueuses de l'environnement.
L'auteur : née en 1958 aux États-Unis, Janine M. Benyus est une biologiste américaine, diplômée en gestion des ressources naturelles. Elle a développé une théorie scientifique, le biomimétisme, qu'elle a rendu populaire grâce au succès de son livre Biomimicry, Innovation Inspired by Nature. À la tête d'un bureau de consultants en innovation, elle est aujourd'hui sollicitée par des entreprises comme General Electric, Hewlett Packard, Nike, etc. Janine M. Benyus vit à Stevensville, dans le Montana.
sur le biomimétisme
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