Présentation TPE sur le biomimétisme: structure et contenu, approche écosystémique et applicatifs

De nos jours, le biomimétisme est utilisé par de nombreux scientifiques et architectes afin d’améliorer l’ensemble de nos bâtiments. Dans le domaine de la structure, l’araignée et sa toile ont inspiré la construction du Stade de la Plata, en Argentine, qui reprend le principe de l’ossature de la toile d’araignée avec des câbles d’acier à la place des fils d’araignée. Les architectes se sont aussi inspirés de l’éponge de mer et de sa forme en spirale pour construire des bâtiments plus solides, comme la Tour Swiss Re à Londres. En ce qui concerne la ventilation et l’isolation des habitats, le système de thermo-régulation des termites a été imité par Mike Pearce, l’architecte de l’Eastgate building. Ce système a permis d’économiser 3 millions d’euros et de réduire considérablement la consommation en énergie du bâtiment. En terme d’isolation, le nid d’oiseau et son entrelacement de brindilles, ainsi que son rembourrage interne constitué de duvets, fils, mousses et plumes a été copié par des architectes chinois pour construire le stade olympique de Pékin. Enfin, nous avons décrit le phénomène de bioluminescence, inspiré des poissons abyssaux, des lucioles et autres animaux … qui consiste en la production et l’émission de lumière.

Le biomimétisme écosystémique s’inspire des relations entre les espèces, il encourage la coopération et la collaboration et nous ramène à notre interdépendance avec le reste de la biosphère. Partant également du principe selon lequel la nature ne génère pas de déchet, la société Interface a mis au point une moquette inspirée des sols des forêts recouverts de feuilles. Le secteur de la dépollution s’intéresse également de près aux écosystèmes. L’éco-catalyse, nouvelle forme de chimie durable et écoresponsable, est née de l’étude des plantes dépolluantes. Le biomimétisme repose sur l’inspiration de tous les organismes vivants, qu’il s’agisse de la faune ou de la flore, de leur fonctionnement externe à leurs propriétés physiques. De son côté, le biomorphisme consiste à reprendre l’aspect physique et esthétique de la nature et de l’appliquer dans l’art.

Le terme biomimétisme est composé de bios, « vie » et de mimêsis, « imiter » et signifie « imiter le vivant ». D’après la définition de l’ADEME, la démarche consiste à « aller chercher [son] inspiration, pour une innovation durable, dans la nature, où l’on trouve des stratégies à la fois performantes, efficientes et résilientes pour synthétiser et dégrader des matériaux, se fixer ou se déplacer, stocker ou distribuer l’énergie, traiter l’information, organiser les réseaux et les échanges, et bien d’autres choses encore. Le biomimétisme intègre les propriétés essentielles du vivant à des procédés qui ont pour but le développement durable. Parce que la nature est vaste, le biomimétisme est en mesure de proposer des solutions et des modèles applicables dans la grande majorité des secteurs, afin de soutenir leur décarbonation et durabilité. Cette démarche répond aux enjeux de développement durable de nombreux secteurs, et décline sous forme de design et de technologies les procédés et systèmes biologiques observés dans le vivant. Aux entreprises de jouer le jeu du biomimétisme et de l’intégrer à leurs innovations !

Pour mettre au point des solutions innovantes, il faut sortir des laboratoires et centres de recherche, et aller observer la nature. Chaque secteur peut ainsi trouver dans la nature des procédés et des systèmes qui s’appliquent à ses propres enjeux. Quoi de plus naturel que d’intégrer le biomimétisme à la stratégie de transition écologique de votre entreprise ? Cette stratégie consiste en effet à faire évoluer l’entreprise vers un modèle durable, répondant aux enjeux environnementaux. Puiser dans la nature des inspirations d’optimisation des ressources, de stockage de l’énergie ou d’utilisation des matériaux s’intègre parfaitement à cette démarche.

Le biomimétisme constitue également une solution organisationnelle, et peut permettre de faciliter les processus décisionnaires ou l’organisation au sein d’une entreprise, en s’inspirant d’écosystèmes complexes reposant, par exemple, sur la coopération. Les exemples présents dans la nature sont une opportunité pour l’entreprise de mieux intégrer certains facteurs externes (normes, acteurs, risques) et d’améliorer son système de gouvernance. Et si l’éco-conception allait encore plus loin dans la durabilité ? Reposant sur la réduction des impacts environnementaux des produits, cette démarche s’appuie sur des matériaux durables, une production optimisée, des circuits courts et un cycle de vie à impact minimal. Autre démarche complémentaire au biomimétisme, l’économie circulaire, qui entend répondre aux enjeux de préservation des ressources en étendant le cycle de vie des produits et en créant un cercle vertueux.

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Le biomimétisme a donné naissance à des innovations technologiques emblématiques qui transforment notre quotidien. Shinkansen : le train à grande vitesse japonais, Speedo : les combinaisons de natation inspirées de la peau de requin, Terumo : les aiguilles inspirées des piqûres de moustiques pour réduire la douleur lors des injections, Airbus : les surfaces des avions inspirées des ailes d’oiseaux et des nageoires de baleine. La nature a beaucoup à nous apprendre sur la gestion de l’énergie, qu’il s’agisse de la produire, de la stocker ou d’exploiter. L’entreprise française EEL Energy met la biomimétique au service de l’énergie hydrolienne, en s’inspirant de l’ondulation des poissons. L’hydrolienne est équipée de membranes ondulantes qui transforment l’énergie par le courant en électricité, et assure une production plus fluide que la rotation classique. La société canadienne WhalePower développe des pales d’éoliennes inspirées des nageoires des baleines. Les pales, dentées à la manière des nageoires des mammifères marins, offrent un meilleur aérodynamisme, une réduction du bruit et un meilleur rendement.

Dans le domaine de l’habitat, les bâtiments bio-inspirés s’inscrivent dans les objectifs de la transition écologique, et prennent notamment en compte les enjeux de thermorégulation, d’isolation et de récupération de la chaleur. Autre innovation architecturale et urbaine biomimétique, le projet Ecotone à Arcueil, lauréat de l’appel à projet Inventons la Métropole du Grand Paris. Les 82 000 m2 du site regroupent des bureaux, des laboratoires, des restaurants, des commerces, des espaces de coworking, un hôtel, une résidence pour chercheurs et étudiants ainsi qu’une crèche. Le secteur industriel bénéficie aussi du biomimétisme avec le développement de matériaux innovants et bio-inspirés. D’ici 2030, les innovations inspirées par la nature pourraient redéfinir des secteurs clés tels que l’architecture, l’énergie, la santé et les technologies de l’information. Les bâtiments intelligents, imitant les systèmes de ventilation naturelle des termitières, et les façades auto-nettoyantes, inspirées des feuilles de lotus, pourraient devenir la norme en matière de durabilité et d’efficacité énergétique. Dans le domaine de l’énergie, les panneaux solaires et les éoliennes, respectivement inspirés des ailes de papillon et des nageoires de baleine, offriront des performances accrues et une empreinte écologique réduite. La santé et la médecine bénéficieront également de ces avancées, avec des dispositifs médicaux moins invasifs et des traitements biotechnologiques plus efficaces. Enfin, le biomimétisme pourrait générer jusqu’à 50 000 emplois en France d’ici 2030, en stimulant l’innovation durable et en favorisant une économie circulaire.

Des entreprises françaises telles que Bioxegy, Glowee, EDF, Engie, Renault ou encore Air Liquide sont à l’avant-garde de cette révolution. C’est l’universitaire américain Otto Schmitt qui a développé le concept de biomimétisme et l’a nommé ainsi. Le biomimétisme repose sur l’inspiration de tous les organismes vivants, qu’il s’agisse de la faune ou de la flore, de leur fonctionnement externe à leurs propriétés physiques. Le biomimétisme peut aussi être vu comme une source de revenu pour les États. Le troisième niveau du biomimétisme, c’est l’écosystème. Dans les exemples précédents, nous nous sommes intéressés à des performances d’espèces. Ici, nous nous inspirons des relations de coopération entre les espèces d’un même écosystème. Cet écosystème est plus difficile à appréhender mais offre un cadre pour des solutions organisationnelles et techniques à grande échelle.

Le drone du bassin de l’effort humain: la question de la forme et du processus est illustrée dans l’étude du martin-pêcheur. Le martin-pêcheur se nourrit principalement de poissons et se distingue par un bec extrêmement aérodynamique qui permet d’entrer dans l’eau avec une vitesse élevée et de minimiser les remous. Le bec du martin-pêcheur est en β-kératine, ce qui le rend solide et imperméable, contrairement à l’α-kératine des mammifères. Cette distinction moléculaire explique la performance du bec et illustre comment l’observation de la nature peut inspirer des solutions technologiques adaptées.

En résumé, le TPE explore comment la soie d’araignée peut améliorer la structure des bâtiments, comment les termitières inspirent la ventilation naturelle, et comment le biomimétisme s’étend à l’éco-conception et à l’économie circulaire. Le parcours pédagogique s’appuie sur des questions guidées comme: Quelle plante a inspiré le Palais de Cristal de Londres ? Comment fonctionne le Lotus Effect ? Qu’est-ce que la Fastskin ? Comment une solution biomimétique peut-elle être intégrée dans l’industrie et l’urbanisme ? La démarche s’inscrit dans une perspective écosystémique qui valorise la coopération et la durabilité, plutôt que l’exploitation débridée des ressources.

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• Toiles d’araignée ultra solides et architectures inspirées
• Termitières comme modèle de ventilation naturelle
• Lotus Effect et feuilles hydrophobes pour façades autonettoyantes
• Espèces et écosystèmes: écosystème comme niveau d’inspiration

Tableau récapitulatif des exemples biomimétiques et leurs domaines

Le caractère multidisciplinaire du biomimétisme est mis en évidence par l’articulation entre science, architecture, économie et éthique. Le biomimétisme peut être considéré comme une révolution silencieuse mais puissante, promettant de transformer notre manière de concevoir et d’interagir avec notre environnement. Il invite à sortir des laboratoires pour observer la nature et à intégrer ses leçons dans la conception, la production et la gouvernance des systèmes humains.

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