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Le biomimétisme au service du développement durable : 4 milliards d’années d’amélioration continue (1/3) : Biomimétisme formel
and // 24 May 2017 // 4

PhotographerLa notion de biomimétisme est définie en 1997 par la naturaliste américaine Janine M. Benyus[1] comme une approche scientifique qui consiste à imiter les œuvres de la nature pour les adapter au service de l’homme. Son idée « ne repose pas sur ce que nous pouvons prendre dans la nature, mais de ce que nous pouvons en apprendre », en la prenant en modèle.

Janine Benyus propose de participer à la réconciliation entre nature et industrie à des fins de durabilité. En effet, l’apport scientifique de la nature ne repose pas uniquement sur son imitation formelle par la technique, mais sur la prise de conscience que les modèles observés fonctionnent en harmonie avec leur écosystème, permettant aux organismes vivants de prospérer sur le long terme : « la nature ne fait pas de déchets. Elle utilise et recycle tout »[2] (pour en savoir plus : TEDx talk de Janine Benyus).

Les conclusions de l’ouvrage fondateur du biomimétisme ont trouvé un écho dans des travaux scientifiques de diverses spécialités : agronomie, science des matériaux, énergie, robotique, médecine, ou encore cosmétique… Une démarche qui vise à adopter une attitude modeste face à la nature en étudiant la complexité de ses stratégies d’adaptation et d’évolution, plutôt que de la considérer comme une simple matière première.

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La France fait figure de retardataire en matière de recherche sur le biomimetisme, par rapport à ses voisins européens, l’Allemagne en particulier, qui a structuré un réseau d’acteurs (start-up, PME, grandes entreprises, universités, think tank…) catalysant les travaux dans ce domaine. Néanmoins, une évolution est à noter en France, par l’apparition de parcours de formations dédiés, ou encore la publication en 2015 de deux normes par l’AFNOR (Association française de normalisation) : ISO 18 458 “Biomimétique – Terminologie, concepts et méthodologie” et ISO 18 459 “Optimisation biomimétique”.

Le présent article propose des exemples d’innovations issues du biomimétisme ou de la bio-inspiration appliquées à des problématiques énergétiques et environnementales. Des solutions de production d’énergies vertes, de stockage énergétique, d’alternatives à l’électricité à la dépollution, ces innovations sont organisées selon 3 axes (un par chapitre) : imitations purement formelles, imitations de processus et enfin reproductions de schémas organisationnels naturels.

L’exemple des études d’ailes de chauves-souris de Léonard de Vinci cherchant à réaliser le rêve d’Icare nous prouve que l’innovation par l’imitation formelle de la nature n’est pas une idée neuve.

Parmi les multiples usages de l’imitation formelle (de l’adaptation d’outils à un environnement, jusqu’à la pure recherche esthétique), cette dernière a notamment permis la conception de systèmes de récupération d’énergies renouvelables, conçus d’après des formes observées dans le monde du vivant afin d’optimiser leur production énergétique.

 

1.  Le biomimétisme au service de la production énergétique

 

22BioPower Systems est une société australienne de technologies d’énergies renouvelables. Elle développe des systèmes de conversion d’énergies marémotrices en électricité, reposant sur le biomimétisme.

Le dispositif du bioWAVE ™ s’inspire directement de la forme et du mouvement des algues : fixé sur les fonds marins, reposant sur un pivot et doté de flotteurs porteurs, il interagit avec le niveau montant et descendant de la mer (énergie potentielle) et le va-et-vient de l’eau sous la surface (énergie cinétique). La puissance unitaire des prototypes développés par l’entreprise est de 1MW, pour une profondeur d’implantation sous-marine de 40 à 45 m maximum.

Le bioSTREAM ™ utilise un système breveté d’hydroglisseurs oscillants pour récupérer l’énergie de l’eau en mouvement et la convertir en électricité, inspiré de la forme et du mouvement d’une queue de poisson. Aux dires de BioPower Systems, ce système serait économiquement viable dans des zones où le courant atteint 2,5 m/s, pour une puissance unitaire maximale entre 0,5 et 2MW.

Des prototypes de démonstration de 250 kW de ces deux produits sont en cours de développement.

 

 

Ces produits sont des exemples parmi de nombreux autres : en décembre 2016, l’entreprise française EEL ENERGY[1] a bénéficié d’une aide de 3,7 millions d’euros du Programme d’investissement d’avenir de BPI France pour développer une « hydrolienne à membrane ondulante ». Destinée à convertir l’énergie des courants des marées et des fleuves en électricité (puissance installée de 1MW) cette hydrolienne s’inspire du mouvement de l’anguille.

La société est accompagnée par des partenaires tels que l’IFREMER et HUTCHINSON, preuve qu’elle a su convaincre des investisseurs publics et privés de la pertinence de son projet. La commercialisation de cette technologie est prévue pour 2018… une affaire à suivre.

 

2 . L’économie de carburant, par l’imitation de lentilles d’eau

 

33Les lentilles d’eau ont la propriété de recouvrir un plan d’eau de façon optimale, et de s’y repositionner naturellement lors d’une perturbation à la surface de celui-ci, par exemple au passage d’une barque. Cette observation a inspiré la création des flotteurs ERIS, de géométrie lenticulaire, eux aussi capables de s’adapter à une surface liquide, pour la recouvrir d’une couche continue. Ces écrans flottants circulaires ont la capacité de s’adapter à toute surface liquide, en limitant les interstices entre chacun d‘entre eux.

Ce dispositif « auto-adaptatif » offre une réponse aux industriels pétroliers, chimiques, ou agricoles, en limitant au minimum l’évaporation d’un liquide stocké dans une cuve (ou autre contenant).

Dans le cas de l’industrie pétrolière, les économies sont à la fois financières, sécuritaires (en limitant la formation de gaz inflammables) et bien entendu environnementales. L’entreprise Elbé Petro affiche une réduction de 280t d’évaporation d’hydrocarbures légers par an, pour une seule cuve de 36,6m de diamètre.

La gamme ERIS développée par Elbé Petro notamment remporté le 1er prix de l’innovation GEP AFTP des industries pétrolières, distinguant l’apport d’une PME-PMI aux performances de l’industrie française de l’énergie.

 

3 .  Des modèles de réseaux de distribution… inspirés d’un champignon ?

 

44Le physarum polycephalum est un organisme unicellulaire, cousin du champignon, qui a la particularité de se répandre en réseau filamenteux pour s’alimenter. Ce micro-organisme développe ainsi des stratégies d’optimisation de ses accès à la nourriture, par le déploiement d’un réseau de filaments, le mycélium. Les impressionnantes capacités d’adaptation du mycélium ont été l’objet d’études pour comprendre son mode d’interaction enzymatique et chimique avec son environnement.

Au Japon, le biophysicien Toshiyuki Nakagaki et ses équipes ont cherché à utiliser ces capacités dans l’optimisation des réseaux humains, notamment les réseaux de transport. Une expérience a été réalisée en introduisant le P. polycephalum dans une boîte de Pétri, en disposant des flocons d’avoine (aliments du micro-organisme) selon l’emplacement de la ville de Tokyo et de ses 36 agglomérations voisines. En parallèle, les zones de reliefs du Japon ont été reproduites en les éclairant sur la surface de la boîte de Pétri, le P. Polycephalum craignant la lumière. Au bout de quelques heures, le déploiement du mycélium a révélé la formation d’un réseau élaboré très proche du réseau ferroviaire existant de la région de Tokyo. Le micro-organisme s’est étendu en direction des zones de nutriments en développant les artères les plus directes, tout en préservant des réseaux secondaires, pour éviter les ruptures.

Ces capacités ont inspiré l’élaboration d’algorithmes en vue d’optimiser divers types de réseaux, en matière de réseaux de transport (routiers, ferroviaires…), de téléphonie (sans fil, réseau Web, fibre optique…), mais également réseaux électriques, réseaux de distribution, etc. Ces algorithmes permettraient d’améliorer l’existant ou d’optimiser des structures à venir, en limitant les coûts, les distances à parcourir, tout en garantissant l’uniformité du service.

Que l’imitation se fasse à échelle macro ou microscopique, les exemples de « biomimétisme formel » appliqués au développement durable sont nombreux. Nous nous pencherons sur le biomimétisme de processus dans le chapitre 2.


[1] Janine M. Benyus, Biomimétisme, Quand la nature inspire des innovations durables, Editions Rue de l’échiquier, 2011

[2] Hubert Reeves, La nature ne fait pas de déchets, Le Point, novembre 2011

[3] Patricia Ricard, Le biomimétisme : s’inspirer de la nature pour innover durablement, Les avis du Conseil Economique Social et Environnemental, Septembre 2015

[4] http://www.biopowersystems.com/

[5] http://www.eel-energy.fr/

 

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