Le biomimétisme

ULB · École interfacultaire de bioingénieurs · Bioingénieur ·

Par Pauline Borguet, Barthélemy Bouteiller, Salomé Lagasse De Locht, Marc Mousa, Robin Donnen

Tuteur(s) : Christian Hermans

Inquièt.e.s pour le futur? Toutes les réponses sont dans la nature! De la récolte d’eau à la ventilation, en passant par la conversion du rayonnement solaire, décrouvrez comment le vivant est une source d’inspiration pour des technologies durables.

Mais qu’est-ce donc le biomimétisme ?

Inquiet.e pour le futur ? Toutes les réponses sont dans la nature. De la récolte de l’eau à la ventilation, en passant par la conversion du rayonnement solaire, découvrez comment le vivant a inspiré les technologies durables.

Le biomimétisme, c’est s’inspirer des formes, matières, propriétés, processus et fonctionnement du vivant du microscopique au macroscopique. Et si cette pratique était, à l’avenir, une réponse aux problèmes actuels ? Notons que la nature a eu plus de temps pour résoudre des problèmes que nous rencontrons actuellement, autant s’en inspirer.

La nature est une source d’inspiration mais également un modèle qu’il faut réussir à reproduire. Les techniques de biomimétisme relèvent donc de démarches complexes qui ont, pour point de départ, la mise en avant d’un comportement du vivant potentiellement intéressant pour la résolution d’un problème. Le challenge est d’ensuite l’adapter scientifiquement pour l’Homme.

Nous allons montrer et analyser des alternatives inspirées du vivant pour remplacer des éléments cruciaux d’une habitation : la récolte de l’eau inspirée des scarabées, l’optimisation de systèmes d’aération basés sur celui des termitières, l’éclairage bioluminescent, la production d’électricité via le soleil ou encore des structures de conservation et des matériaux inspirés de techniques naturelles.

L’ eau

Le scarabée du désert du Namib (Stenocara sp.) vit dans des climats arides. Une des seules sources d’eau est le brouillard, il a donc fallu, pour les espèces locales, s’adapter à ces conditions.

La robuste carapace de ce scarabée cache en réalité un ingénieux système de captation de l’eau du brouillard qui va la faire s’écouler jusqu’à sa bouche. La particularité de sa carapace est de présenter des piques contrairement à la plupart des scarabées. Les piques étant plus froides que l’air extérieur, l’eau présente dans le brouillard va se condenser sur ces piques hydrophiles et va être acheminée sur la paroi hydrophobe de la carapace. Elle va, de là, ruisseler jusqu’à la bouche et le scarabée va pouvoir l’utiliser pour sa nutrition.

Dans des villages plus retirés et au climat aride, il est possible d’obtenir un apport d’eau supplémentaire grâce à des infrastructures basées sur le même principe que celui du scarabée.  Le concept reste le même : des tiges hydrophiles captent l’eau du brouillard et une plaque hydrophobe la repousse jusqu’à un bassin de collecte. Une structure de 40 mètres carrés peut produire +/- 200 L d’eau par jour.

La ventilation

Les termites vivant dans des pays où les températures peuvent dépasser les 40°C en journée et descendre en-dessous de 0°C la nuit, ces insectes doivent obligatoirement mettre en place un système de régulation de la température de la termitière. Le fonctionnement de ce système de ventilation termitière se base sur le mouvement des flux d’air, eux-mêmes régis principalement par deux principes : la variation de la masse volumique d’un fluide en fonction de sa température et la poussée d’Archimède. Ces principes expliquent pourquoi l’air chaud monte et l’air froid descend. Ainsi, l’association entre les flux d’air et la structure particulière de la termitière entrainent le renouvellement constant de l’air et donc une thermorégulation. Dans le monde, plusieurs bâtiments fonctionnant selon le même principe existent déjà.

La bioluminescence

La bioluminescence est une émission de lumière par un être vivant, elle ne nécessite  aucune absorption de lumière ou radiation mais bien une réaction chimique. Ce fonctionnement se base sur l’utilisation de molécules de luciférines et de leurs enzymes catalysantes, les luciférases. La bioluminescence se retrouve dans une multitude d’organismes et offre une belle alternative dans le futur contre la pollution lumineuse et la consommation d’énergie pour l’éclairage. Plusieurs start-up se sont lancées dans des projets de recherches sur les possibilités qu’offre la bioluminescence.

L’ énergie électrique

La photosynthèse est un processus bioénergétique réalisé par les organismes photoautotrophes. Grâce à l’énergie lumineuse captée par les chlorophylles,  ces organismes sont capables de synthétiser des molécules organiques (le glucose) à partir de composés minéraux (eau, CO2) . Cette réaction transforme une partie de l’énergie solaire en énergie utilisable par les cellules. Tout comme la photosynthèse, les panneaux photovoltaïques absorbent les rayons lumineux pour produire de l’énergie. La différence est toutefois que ceux-ci transforment le rayonnement du soleil en une énergie exploitable par l’être humain : l’électricité.

Les panneaux solaires photovoltaïques sont une alternative électrique bien connue mais peu connaissent le parallèle avec la photosynthèse.

Les matériaux du vivant

Les matériaux du vivant (contrairement à ceux qu’on produit) sont autonomes. Ils s’adaptent, s’auto-fabriquent et peuvent s’auto-réparer, on parle ici de matériaux intelligents. Ils sont également diversifiés et optimisés dans leur structure et à plusieurs échelles. Pour s’intéresser à certains matériaux et élaborer des matériaux durables, il faut d’abord repérer un comportement remarquable. Ensuite, on essaye de comprendre la relation qui existe entre ce comportement et la structure du matériau et enfin on imite cette structure en utilisant la chimie. On retrouve le pare-brise anti-pluie inspiré des feuilles de lotus ou encore des matériaux adhésifs inspirés des geckos.