Quand la nature nous inspire

Le vivant qu’il soit végétal ou animal est pour l’homme une source d’inspiration inépuisable. Il peut s’agir de matériaux, de formes, de procédés, de propriétés remarquables ou d’écosystèmes observés à différentes échelles. Dans tous les cas, la nature nous incite à savoir tirer parti des solutions et des inventions ingénieuses qu’elle a produites et sélectionnées de manière durable au cours d’un processus d’évolution et d’adaptation qui a duré 3,8 milliards d’années, dans un laboratoire appelé Terre, pour les appliquer ensuite à nos problèmes humains.

Qu’est-ce que le biomimétisme ?

Le biomimétisme ne s’appuie pas sur ce que nous pouvons tirer de la nature, comme par exemple la récolte de fruits ou l’abattage d’un arbre pour fabriquer des meubles, mais sur une approche totalement différente qui consiste à observer dans la nature les modèles existants pour les transposer à des applications durables en s’en inspirant, et ce quel que soit le secteur d’activité concerné.
 
Ainsi, parmi les 30 millions d’espèces dont nous ne connaissons qu’une infime partie, chacune a su développer des stratégies étonnantes pour s’adapter à son environnement et continuer à exister. La survie n’est, en effet, accordée qu’aux stratégies les plus optimales qui sont les plus favorables à la vie.
 
On peut donc dire sans risque de se tromper que, pour un défi donné, il y a de fortes probabilités pour qu’une ou plusieurs espèces s’y soient déjà trouvé confrontées et l’aient résolu de manière efficiente. Ainsi, nous est offert un champ incommensurable de bonnes pratiques à imiter, encore faut-il savoir les découvrir pour s’en inspirer !

Le biomimétisme et les pratiques de R&D
 
Les deux principales voies pour les innovations inspirées par la nature passent par :

• La sérendipité qui consiste à faire le lien entre la découverte fortuite d’une fonction ou d’un processus biologique et un usage particulier. C’est ainsi qu’au cours d’une partie de chasse avec son chien, Georges de Mestral a imaginé le Velcro à cause des graines de Bardane qui s’étaient accrochées aux poils du chien et à son pantalon. En les examinant de près, il découvrit une nouvelle manière d’accrocher ensemble deux morceaux de tissu. Il reproduisit ce mécanisme et déposa ensuite un brevet après plusieurs améliorations.
•  La prise de conscience d’un problème technique non résolu ou la volonté d’innover dans un domaine particulier et la recherche de solutions adaptées dans la nature. Cette deuxième voie nécessite cependant de passer par une méthodologie structurée pour y parvenir. C’est ainsi que Janine Benyus, scientifique américaine et consultante en innovation, a engagé des travaux sur le biomimétisme afin de faciliter l’innovation, un design et une production à faible impact environnemental en s’inspirant des organismes vivants et encore plus des stratégies qu’ils mettent en œuvre : c’est ainsi que naquit l’écoconception.

Quelques exemples surprenants
 
Quel est le point commun entre une feuille de lotus, le bec profilé d’un martin-pêcheur, la patte du lézard, une toile d’araignée et les éponges antarctiques ? Tous sont des miracles de la nature étudiés et copiés par des chercheurs pour créer des innovations technologiques.

• La feuille de lotus a une propriété étonnante, celle d’être hydrophobe. Cela signifie que les gouttes d’eau qui tombent sur elle n’y adhérent pas. Elles conservent au contraire une forme sphérique qui leur permet de rouler sur la feuille en emportant au passage toutes les impuretés qui s’y sont déposées. Cette découverte faite par le botaniste Wilhelm Barthlott est appelée depuis « l’effet lotus ». La structure microscopique de la surface de la feuille a ainsi révélé la présence de minuscules aspérités cireuses et a servi d’inspiration pour la fabrication des peintures autonettoyantes utilisées pour les voitures.
• Le martin-pêcheur est un oiseau qui vit près des cours d’eau et se nourrit de petits poissons qu’il attrape en plongeant dans l’eau. Pour ce faire, il doit y pénétrer en gardant le maximum de vitesse et en faisant très peu de remous. Il a été ainsi amené à développer un bec de forme aérodynamique qui a été copié pour la création du Shinkansen, le TGV japonais. Ce dernier devait en effet emprunter sur ses parcours de nombreux tunnels à 300 km/h sans perdre de vitesse. Les ingénieurs en charge du projet ont fabriqué l’avant du train en lui donnant la forme du bec d’un martin-pêcheur et se sont aperçus que cela faisait gagner au train 10 % de vitesse, économiser 15 % d’électricité et diminuer la nuisance sonore dans les tunnels.
• Le gecko est un petit lézard capable de grimper sur des surfaces rugueuses, poussiéreuses ou humides, en vertical comme au plafond, grâce à ses pattes exceptionnellement adhérentes. Des études ont permis de révéler que cette adhérence était due à la présence d’une multitude de poils microscopiques appelés les sétules qui recouvrent le dessous de ses pattes et sont baignés par un liquide gras. Des technologies ont ainsi vu le jour en laboratoire en utilisant des poils synthétiques en polypropylène ou des nanotubes de carbone qui devraient permettre à terme de produire des adhésifs très puissants.
• Les toiles d’araignée ont quant à elles des caractéristiques surprenantes : elles sont 5 fois plus résistantes que l’acier et 3 fois plus que le kevlar, 2 fois plus souples que le nylon,  extrêmement légères, d’une grande capacité d’absorption des chocs et d’une élasticité leur permettant de s’allonger 5 fois, puis de reprendre leur taille initiale. La fabrication de gilets pare-balles plus légers, plus fins et plus efficaces, de valvules artificielles pour le cœur, de tendons, de fils pour suturer les plaies ou de nouvelles ceintures de sécurité constituent les pistes actuellement explorées. Cependant, disposer de toiles d’araignée en grande quantité représente la difficulté majeure. Les chercheurs se sont en définitive tournés vers le lait de chèvre car il contient de la spidroïne, matière constitutive des toiles d’araignée, pour poursuivre leurs expérimentations.
•  Les éponges antarctiques ont la capacité de synthétiser la silice  à température ambiante pour créer leur squelette alors que nous devons utiliser de très hautes températures pour fabriquer du verre, ce qui représente une consommation d’énergie importante. Les laboratoires Bell et Lucent Technologies ont engagé des développements pour fabriquer des fibres optiques à température et pression ambiantes et donc moins gourmands en énergie en s’inspirant des procédés utilisés par ces éponges.

Le biomimétisme constitue donc un lieu de rencontres pluridisciplinaires formidable ouvrant sur de nouveaux champs d’exploration et sur la mise en œuvre de nouvelles inventions intégrant la dimension environnementale et l’analyse des cycles de vie pour peu qu’on se donne la peine de s’y pencher. Qui plus est, il favorise la création de nouvelles activités économiques, sources de renouvellement d’emplois dans des domaines émergents qui peuvent nous positionner avantageusement sur le marché mondial.

Cet article de DIGINOVE Consulting est également paru dans la Lettre hebdomadaire des TIC n° 437 distribuée par notre partenaire, la Mission ECOTER, à ses adhérents.