L’ours, le lapin et le militaire

L’ours polaire est blanc pour mieux se fondre dans le décor de glaces qu’il habite et sa fourrure épaisse lui tient chaud. Certes. Mais pas seulement. Comme d’habitude, le sujet n’est pas tant la quantité que la qualité : un poil d’ours (à gauche sur la photo) observé de -très- près est en fait plein de trous en son centre et cette structure poreuse en fait un fantastique isolant.

Sous la houlette de Hao Bai, une équipe de recherche chinoise s’est inspirée des poils de l’ours pour créer un textile synthétique « intelligent » alliant d’excellentes propriétés d’isolation thermique à une parfaite respirabilité. Elle a conçu un dispositif lui permettant de produire une fibre à base de molécules de soie et d’eau. Puis, l’eau contenue dans la fibre est refroidie, ce qui provoque l’apparition de cristaux de glace entre les molécules de soie. La glace est ensuite éliminée, créant une multitude de « vides » dans la fibre (à droite sur la photo).

Les chercheurs ont tissé des couvertures à partir de cette fibre et en ont enveloppé des lapins : l’isolation thermique était si parfaite que des capteurs de température n’ont pas pu détecter la chaleur des corps des lapins ! En somme, ils ont inventé la cape d’invisibilité… thermique. Les applications pourraient être industrielles et militaires.

 

Photo : Y. Cui et al./Adv. Mater.

Pour en savoir plus :

A thermal-invisibility cloak spun from silk and ice

A Thermally Insulating Textile Inspired by Polar Bear Hair

 

La SFIP invite le CEEBIOS pour une conférence sur le biomimétisme

A l’issue de son Assemblée Générale qui s’est tenue à Paris le 12 avril dernier, la SFIP (Société Française des Ingénieurs des Plastiques) a accueilli Laura Magro, chargée de mission au CEEBIOS (Centre Européen d’Excellence en Biomimétisme de Senlis), pour une conférence inspirée et inspirante sur le biomimétisme.

Je ne redéfinis pas la notion de biomimétisme, préférant vous renvoyer à mes précédents articles sur le sujet, sinon vous m’accuseriez de radoter !

Je reprends juste deux exemples assez connus de produits bio-inspirés. Commençons avec la bardane, dont les fruits sont munis de crochets destinés à faciliter la dispersion des graines en s’accrochant à tout ce qui passe près d’eux, notamment les poils de votre chien. C’est ce qu’a remarqué George de Mestral après une balade avec le sien et ce qui l’a amené à inventer le Velcro en 1941. Et si vous préférez la pêche à la randonnée, je vous propose le Shinkansen, le train à grande vitesse japonais, dont le « nez » est inspiré du bec du martin-pêcheur.

L’évolution du nombre de publications scientifiques sur le sujet montre que l’intérêt pour cette discipline explose littéralement depuis le début des années 2000. Pourquoi maintenant ? Parce que la progression des connaissances, notamment dans le domaine de la biologie, se combine à la nécessité actuelle de prendre en compte les impacts sociétaux et environnementaux de notre développement : il est urgent d’innover autrement et de faire preuve d’humilité face à l’extraordinaire complexité du vivant.

Comment mieux utiliser l’énergie solaire et réduire notre dépendance aux énergies fossiles ? Comment colorer sans pigment ni peinture ? Comment coller sans colle ? Comment fabriquer nos matériaux dans l’eau, à température et pression ambiantes ? Comment stocker la nourriture, purifier l’eau, utiliser l’intelligence collective… Autant de questions épineuses pour nous auxquelles la nature sait depuis longtemps trouver des réponses durables.

Lors de cette conférence, j’ai découvert que la France possède le plus grand espace maritime au monde, 10% de la biodiversité mondiale connue (grâce à l’Outre-mer) et conserve 75 millions de spécimens au Museum d’Histoire Naturelle de Paris. Alors au fond, peu importe au fond de savoir si c’est Voltaire ou Ben Parker (l’oncle de Peter Parker alias Spiderman) qui a dit qu’un grand pouvoir impliquait de grandes responsabilités : avec un pareil patrimoine naturel et scientifique, nous n’avons qu’à ouvrir les yeux et retrousser nos manches pour innover autrement et durablement. On dénombre d’ailleurs dans notre pays environ 175 équipes de recherche qui travaillent sur le biomimétisme et 100 entreprises qui s’inspirent de cette démarche.

Le CEEBIOS a pour vocation de fédérer ce réseau de compétences, de contribuer à la formation et d’accompagner des projets innovants : pour vous aider dans votre démarche de bioinspiration, contactez-le ! Quant au prochain événement de la SFIP, retrouvez-en le programme ici.

 

Photo : Vincent van Zalinge sur Unsplash

La tortue, reine de la glisse

Le ski idéal doit paraît-il allier rigidité pour accrocher la neige dans les courbes et souplesse pour être maniable en entrée et en sortie de virage. Or les skis actuels sont soit souples, pour les skieurs intermédiaires, soit rigides pour les experts. Pour réunir ces deux caractéristiques apparemment incompatibles, Véronique Michaud, du laboratoire de technologie des composites et polymères de l’EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne), a eu l’idée de se baser sur la morphologie de la tortue alors qu’elle assistait à un séminaire sur les matériaux bio-inspirés.

«Les écailles de la tortue sont imbriquées entre elles, à l’image d’un puzzle et liées par un polymère» explique la chercheuse. « Lorsque les tortues respirent, les écailles s’écartent légèrement, et la surface est souple. Mais lorsqu’un choc survient, la carapace se bloque et se rigidifie. J’ai tout de suite pensé que l’on pourrait implémenter ces caractéristiques dans un ski. » Cette idée s’est concrétisée dans un partenariat entre l’EPFL et l’entreprise suisse Stöckli.

Pour reproduire ce phénomène, la solution la plus efficace consiste à placer à l’intérieur du ski une plaque d’aluminium dotée d’une fente en forme de serpent judicieusement placée à l’avant et à l’arrière. Lorsque le ski se plie dans un virage, les plaques de chaque côté de la fente s’imbriquent entre elles, et le ski se rigidifie, ce qui permet d’effectuer des virages précis et stables. A la sortie du virage, la fente dans la plaque s’écarte légèrement, le ski redevient souple, et il est possible de conduire le ski avec une grande finesse. «Ici, l’aluminium se comporte comme les écailles, et une couche spéciale en caoutchouc entre les couches représente le polymère de la carapace» précise Véronique Michaud.

Les skis équipés de cette solution baptisée « turtle shell » sont en vente depuis 2016, « aussi bien pour des skieurs moyens, qui cherchent à déclencher des virages sans trop d’efforts, que pour des skieurs aguerris, qui pourront en tirer le meilleur parti ».

Pour ma part et sur la base de ma seule première étoile, je m’en tiendrai aux raquettes et partirai à point.

 

Photo : Mauro Paillex sur Unsplash

Pour aller plus loin :

Des skis inspirés des écailles de tortue

Stoeckli turtle-shell technology

 

Un béton bio-inspiré (un sujet qui ne manque pas de piquant)

Avant d’être un blog, Métamorphoses était une publication « papier ». Début 2012, j’y relatais qu’une équipe internationale de scientifiques avait proposé une interprétation de la structure des épines d’oursin ouvrant selon eux des perspectives pour la fabrication de bétons plus performants.

Les épines d’oursin sont en effet essentiellement constituées de carbonate de calcium. Si je vous dis « craie » vous voyez mieux de quoi il s’agit… En principe, ce matériau est très fragile. Marcher sur un oursin ne devrait donc pas être un problème : les épines devraient casser sous le pied de l’imprudent. Mais chacun sait, par expérience ou par instinct, que ce n’est pas le cas et qu’il vaut mieux faire un détour. Pourquoi les épines d’oursin ne sont-elles pas friables comme de la craie ?

L’équipe en question indiquait qu’à l’échelle nanométrique, ces épines sont en fait organisées comme un mur de « briques » reliées entre elles par un « mortier ». Briques et mortier sont également constitués de carbonate de calcium, mais organisé de deux façons différentes. Les briques sont de la calcite, une forme cristalline et cassante de ce minéral, tandis que le mortier est une forme amorphe présentant une certaine élasticité. Lorsqu’une force est appliquée sur la calcite, le bloc cristallin se fend. Mais l’énergie est transférée au mortier qui la dissipe, empêchant la casse.

Six ans plus tard, un « ciment inspiré de la structure cristalline de la calcite qui compose les épines d’oursins a été synthétisé par une équipe de scientifiques allemands« . L’article publié dans Materials Science rappelle que le béton, s’il présente une grande résistance à la compression, a l’inconvénient de manquer d’élasticité et de n’offrir qu’une faible résistance à la torsion. C’est pourquoi il est souvent renforcé avec des barres d’acier.

Pour améliorer ses propriétés, les scientifiques se sont inspiré des oursins. En organisant de façon très fine des zones minérales rigides et des zones polymères élastiques dans un ciment, ils ont obtenu un béton dont la résistance à la flexion serait quarante à cent fois supérieure à celle de bétons traditionnels.

AquaWeb remporte le prix « Ray of Hope » 2017

L’AquaWeb de Jacob Russo, Anamarija Frankic et C. Mike Lindsey remporte l’édition 2017 du prix « Ray of Hope ». Ce prix est destiné à accompagner les entrepreneurs « biomiméticiens » en herbe dans le développement de projets durables inspirés par la nature. Rappelons que, tandis que certains font de l’espionnage industriel, les biomiméticiens font -en quelque sorte- de « l’espionnage naturel ».

« En 2050, 70% de la population mondiale vivra dans les villes ». Partant de ce constat, l’idée consiste à collecter l’eau naturellement présente dans l’air pour favoriser l’agriculture urbaine, le tout bien sûr en s’inspirant de la nature. Outre la « core team » sus-nommée, il convient donc de rendre hommage aux araignées -dont nous avons tous admiré les toiles parsemées de rosée- pour la collecte, à la ficoïde glaciale pour le stockage et au bolet des bouviers pour la distribution.

Personnellement je ne sais pas où je passerai mes prochaines vacances donc être aussi affirmatif sur « qui vivra où » en 2050 me laisse perplexe. Cela étant, même si prédire un grand avenir à l’AquaWeb est risqué, la démarche de bio-inspiration, outre qu’elle n’est pas nouvelle, ne fait -à mon avis- pas question.

 

Pour en savoir plus : A water management system for the future

Si cette démarche vous inspire, sachez que le Biomimicry Global Design Challenge 2017-2018 est ouvert avec pour thème le changement climatique : Biomimicry Global Design Challenge

Des digitales… numériques !

Quand l’impression 3D inspire les designers, le résultat peut être extrêmement poétique. C’est le cas avec cette collection de luminaires présentés par Kiki van Eijk à la « Dutch Design Week » fin octobre. La designer néerlandaise s’est inspirée des digitales de son jardin et appuyée sur l’impression 3D pour réaliser ces délicates « clochettes ». Selon DEZEEN le matériau est un bioplastique : il s’agit donc probablement de PLA (acide polylactique, un polymère biodégradable), très couramment utilisé dans les imprimantes 3D du type « FDM » (impression 3D par dépôt de fil fondu).

L’une des caractéristiques du procédé est que les couches de fils successivement déposées sont bien visibles. Ce qui, aux yeux d’un plasturgiste habitué à rechercher des états lisses et brillants, est un abominable défaut devient à ceux de Kiki van Eijk une merveilleuse façon de symboliser l’imperfection de la plante en fin de floraison. Elle a donc choisi sur son imprimante 3D le plus faible niveau de résolution afin de donner plus « d’âme » à son projet.

Résumons-nous : quelques clochettes imprimées en plastique, une tige en métal délicatement courbée par le « poids des fleurs », un pied en béton teinté, quelques LED et un peu de fil électrique : mais pourquoi n’y avons-nous pas pensé nous-mêmes ?

Biomimétisme : le pouvoir des épinards

La deuxième édition de BIOMIM’EXPO, le rendez-vous du biomimétisme et des innovations bio-inspirées, s’est tenue à Senlis les 29 et 30 juin.

Du biomimétisme à la bio-inspiration

Pour ceux qui ne seraient pas encore familiers avec le biomimétisme, disons qu’il repose sur l’étude des systèmes naturels pour créer de nouveaux produits, services et modèles d’organisation durables. Pour plus de détails et d’exemples, je renvoie à l’inspirant ouvrage de l’américaine Janine Benyus paru en 1997 et intitulé Biomimicry: Innovation inspired by Nature. Une traduction française a été publiée en 2011 sous le titre Biomimétisme : quand la nature inspire l’innovation.

Bien sûr Léonard de Vinci -par exemple- puisait largement son inspiration dans l’observation du vivant, quant à la Tour Eiffel, sa structure serait inspirée… de celle du fémur. Il n’y a rien là de bien neuf. Mais ce que la notion de “biomimétisme” ajoute à cette activité d’observation vieille comme le monde (il suffit de penser à Lascaux ou à Chauvet pour s’en convaincre), c’est l’ambition d’y puiser des innovations responsables et durables.

Une fois cette définition posée, précisons qu’il s’agit plus d’un mode de réflexion que d’une science, comme l’a souligné Gilles Boeuf[1] durant son intervention à BIOMIM’EXPO. Demandons-nous ensuite s’il vaut mieux parler de “biomimétisme”, ce qui sous-tend une imitation, ou de bio-inspiration. A cette interrogation le même Gilles Boeuf mais aussi Marc Fontecave[2] ou encore Claude Grison[3] ont successivement répondu dans leurs interventions “bio-inspiration”, dans leur volonté manifeste d’aller au-delà de la simple “copie”.

Pourquoi se mobiliser pour une innovation responsable ?

Comme l’a rappelé Roland Jourdain[4], nous sommes tous témoins et même acteurs de la dégradation de notre environnement : le navigateur voit en course sur ses écrans l’augmentation du trafic maritime au fil des années, son bateau lui-même a un impact environnemental conséquent ! A force de constats, vient le jour où l’on se demande comment agir pour remédier. Si Pierre Rabhi[5] n’était pas là, son ombre planait néanmoins sur le Manège du quartier Ordener de Senlis : “Si l’homme a besoin de la nature, la nature n’a pas besoin de l’homme. A bon entendeur”… Soyons donc tous des colibris et faisons notre part.

D’ailleurs, bonne nouvelle, la préservation de la biosphère est compatible avec le développement d’un modèle économique viable et la création d’emplois selon Emmanuel Delannoy[6]. Alors, regardons de plus près quelques exemples.

Voler sans bruit

Si vous aimez les avions (un magnifique exemple de bio-inspiration), vous devriez apprécier le travail de Marianna Braza[7] et de son équipe, qui cherchent avec AIRBUS à diminuer les instabilités en vol en s’inspirant des rapaces.

Bien sûr les formes des ailes d’avion sont inspirées de celles des grands oiseaux et incluent déjà des parties mobiles, à ceci près qu’elles sont rigides et donc nettement moins efficaces. D’où l’idée de les rendre intelligentes et flexibles pour leur permettre de se courber dans les deux sens (améliorant ainsi la portance) et de vibrer à leur extrémité. Pourquoi rechercher ce phénomène de vibration ? Parce qu’il atténue le frottement de l’air -la traînée- et permet notamment aux rapaces de fondre sans bruit sur leur proie. L’intégration d’actuateurs piézo-électriques en céramique dans les volets sustentateurs des ailes d’A320 pour en réduire le bruit (en phase de décollage et d’atterrissage) et la consommation d’énergie (en croisière) est donc à l’étude. Premiers essais en vol prévus en 2020 et plus d’informations sur www.smartwing.org !

Écoulement d’air généré par l’aile d’un oiseau à gauche (c’est net) et celle d’un avion à droite (c’est la pagaille) – Images CNRS

Le pouvoir des épinards…

Connaissez-vous la « plastronique » ? Comme son nom le suggère, elle combine plasturgie et électronique en intégrant directement les fonctions électroniques aux pièces plastiques, supprimant ainsi les cartes électroniques. Elle apporte entre autres avantages miniaturisation et allègement et vous l’avez déjà très probablement adoptée sans le savoir puisqu’elle est très présente dans les smartphones.

Cela étant, il n’est pas facile de créer des pistes conductrices sur une pièce plastique de forme complexe, le plastique étant par définition un matériau isolant. Les procédés conventionnels sont souvent « soustractifs » et gaspillent donc de la matière. Ils peuvent aussi nécessiter un vide poussé donc un équipement compliqué. A la recherche d’un moyen plus économe et plus simple, l’équipe de Marc Desmulliez[8] a donc décidé d’utiliser… des épinards. Elle entend ainsi concurrencer le procédé leader de la métallisation des surfaces plastiques complexes : l’activation par laser.

… Et celui des fleurs !

Enfin, Claude Grison s’intéresse à des végétaux très particuliers qui poussent sur les sols miniers. Ils en extraient les métaux lourds via leur système racinaire et les concentrent dans leurs parties aériennes. Ils stabilisent également les sols, limitant l’érosion éolienne donc la dissémination des polluants.

Des esprits chagrins y verraient un verre à moitié vide : certes le sol est dépollué mais que faire de la biomasse contaminée résultante ? Tandis que Claude Grison voit le verre à moitié plein : elle considère cette biomasse comme une source de métaux rares et coûteux, qu’elle transforme en éco-catalyseurs indispensables à la synthèse de molécules à haute valeur ajoutée, par exemple des médicaments.

Zinc, nickel, manganèse, aluminium font partie de ses cibles habituelles. A l’issue de son intervention, l’un des auditeurs demande ce qu’il en est des substances radioactives. Aussi stupéfiant que cela puisse paraître, une amarante concentrerait du césium radioactif à Tchernobyl.

Décidément, si les fleurs et les légumes « y arrivent », pourquoi pas nous ?

 

[1] Gilles BŒUF est Président du conseil scientifique de l’Agence Française pour la Biodiversité (AFB), ancien Président du Muséum d’Histoire Naturelle et Professeur à l’Université Pierre et Marie Curie.

[2] Marc FONTECAVE est Professeur au Collège de France, Chaire de Chimie des processus Biologiques et Directeur du Laboratoire de Chimie des Processus Biologiques, Collège de France.

[3] Claude GRISON est Professeure de chimie bio-organique à l’Université de Montpellier et Directrice du Laboratoire ChimEco de chimie bio-inspirée et innovations écologiques.

[4] Roland JOURDAIN, double vainqueur de la Route du Rhum, est à l’origine de la création du fonds EXPLORE qui soutient des projets utilisant la science, l’innovation et la sensibilisation pour répondre aux enjeux environnementaux.

[5] Pierre RABHI est un pionnier de l’agriculture écologique en France, essayiste, romancier et fondateur du mouvement Colibris.

[6] Emmanuel DELANNOY est l’auteur du livre Permaéconomie et le Directeur de l’institut INSPIRE, qui entend réconcilier développement économique et biosphère.

[7] Marianna BRAZA est Directrice de recherche CNRS à l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse.

[8] Marc DESMULLIEZ est Professeur, Directeur du Département « Sensors, Signals and Systems » à l’Université Heriot Watt à Edimbourg.