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Biomimétisme : la nature ingénieuse, géniales innovations

La nature, qui a recours nécessairement à l'imagination, a déjà résolu beaucoup des problèmes qui nous assaillent. Les animaux, les plantes et les microbes sont des ingénieurs hors pair. Ils ont trouvé un mode de fonctionnement adapté et durable. Voilà le vrai message du biomimétisme : après 3,8 milliards d'années de recherche et de développement, les échecs sont devenus des fossiles, et ce qui se trouve autour de nous représente le secret de la survie.

biomimetismepapillonTout comme le papillon vice-roi qui imite le monarque, nous autres êtres humains imitons les organismes les mieux adaptés dans notre habitat. Par exemple, nous apprenons comment exploiter l'énergie comme le fait une feuille, comment faire pousser de la nourriture comme une prairie, comment faire des céramiques comme une oreille de mer (haliotis), se soigner par l'automédication comme un chimpanzé, créer de la couleur comme un paon, faire des calculs informatiques comme une cellule, et gérer une entreprise comme une forêt de caryer.

I - Traiter la nature comme un modèle,  une mesure, un mentor

La nature comme modèle : le Biomimétisme constitue une nouvelle science qui étudie les modèles de la nature pour ensuite imiter ses formes, processus, systèmes et stratégies, afin de résoudre les problèmes humains – de manière durable. La Biomimicry Guild (la « Corporation du Biomimétisme ») et ses collaborateurs ont développé un outil pratique de conception, appelé Biomimicry Design Spiral (la « Spirale du Design biomimétique »), qui exploite la nature comme une source de modèles.

La nature comme mesure : le Biomimétisme utilise une norme écologique pour évaluer la durabilité de nos innovations. Après 3,8 milliards d'années de l'évolution, la nature a appris ce qui marche et ce qui dure. La nature comme mesure s'exprime à travers l'étape de la Biomimicry Design Spiral qui consiste à mesurer les nouveaux designs à l'échelle des Principes de la Vie.

Comment le Biomimétisme se distingue-t-il des autres approches naturelles ? 

Le Biomimétisme ouvre une nouvelle ère, fondée, non pas sur ce que nous pouvons extraire des organismes et de leurs écosystèmes, mais sur ce que ceux-ci peuvent nous apprendre. Cette approche est très différente de la bio-utilisation, dans la mesure où celle-ci implique la récolte d'un produit ou de produits, comme la coupe du bois pour les planchers, ou la cueillette des plantes médicinales qui ne sont pas issues de l'agriculture.

Le Biomimétisme est très loin aussi des technologies « bio-assistées », qui nécessitent la domestication d'un organisme afin d'accomplir une fonction, comme par exemple la purification bactérienne de l'eau ou l'élevage des vaches à des fins de production de lait. Au lieu de récolter ou de domestiquer les organismes, les biomimétistes leur demandent conseil ; ils sont inspirés par une idée, que ce soit un schéma directeur physique, une étape du processus d'une réaction chimique ou un principe écosystémique, tel que le cycle des éléments nutritifs. Emprunter une idée, c'est comme copier un tableau : l'image originale reste là pour inspirer d'autres personnes dans l'avenir. 

II - Biomimétisme : quand l'industrie s'inspire de la nature

biomimetismeindustrieLa pratique de l'invention biomimétique peut procéder de la biologie vers le design, ou du design vers la biologie. Selon l'approche qui va de la biologie au design, un phénomène biologique suggère une nouvelle façon de relever un défi dans le domaine du design humain. Wilhelm Barthlott, de l'Institut Nees, à l'Université de Bonn, a étudié la manière dont les feuilles, par exemple celles du lotus, parviennent à rester à l'abri de contaminants sans avoir besoin de détergents.

Ses travaux décrivent comment un paysage de bosses minuscules et de cristaux cireux transforme l'eau en perles. Des particules polluantes vacillent au sommet des nano-montagnes et sont facilement ramassées par l'eau, de la même façon qu'une boule de neige ramasse des feuilles sur une pelouse. Barthlott et ses collègues ont trouvé le moyen de reproduire les profils géométriques du lotus dans des produits commerciaux, tels qu'une peinture pour les façades des bâtiments qui présente une surface nanorugueuse lorsqu'elle est sèche. L'eau de pluie nettoie le bâtiment. Aujourd'hui, des douzaines de produits autonettoyants, comme le verre, les tuiles et les textiles sont marqués du symbole du lotus.

Selon l'approche qui va du design à la biologie, l'innovateur commence par un défi en termes de design humain, il identifie la fonction principale et ensuite, passe en revue les façons dont différents organismes ou écosystèmes accomplissent cette fonction. Un exemple ici serait la recherche d'une nouvelle manière de réduire la croissance microbienne sans provoquer de résistance antibiotique.

Peter Steinberg, de l'Université de New South Wales (Nouvelle-Galles du Sud, en Australie), a eu recours à une approche caractéristique du Biomimétisme. Il a identifié un environnement qui grouillait de microbes, puis cherché des organismes à l'intérieur de cet environnement qui n'avaient pas de biofilms sur leur surface. Il a trouvé son « champion de l'adaptation» dans les eaux troubles de Botany Bay en Australie. Delisea pulchra, un varech rouge, reste à l'abri des microbes en dégageant des furanones, c'est-à-dire des molécules qui perturbent les mécanismes de communication signalétique d'une bactérie, comme Pseudomonas aeruginosa. Quand les bactéries sont brouillées par des furanones, elles sont incapables de recevoir un minimum ou quorum de signaux envoyés par d'autres bactéries. Sans une « détection du quorum » positive, elles sont incapables de commencer à former des biofilms. L'entreprise de Steinberg, Biosignal, Ltd, d'Eveleigh en Australie, a imité ces composés répulsifs et autorisent leur utilisation sous licence par des sociétés qui produisent des peintures antisalissures non toxiques, des lentilles de contact, et des enduits superficiels pour les hôpitaux.

Le Biomimétisme constitue déjà un domaine scientifique en pleine expansion. Qui sont les pionniers du Biomimétisme ?

biomimetismephoto1. Wes Jackson (The Land Institute) étudie les prairies comme un modèle pour une agriculture qui fournit des polycultures comestibles pérennes, aptes à nourrir la terre plutôt qu'à l'épuiser.

2. Thomas et Ana Moore et Devins Gust (de l'Université d'Arizona) enquêtent sur la façon dont une feuille capte l'énergie. Leur objectif, c'est de fabriquer une cellule solaire de la taille d'une molécule. Leur « pentad » photosensible imite un centre de réactions photosynthétiques, en créant une minuscule pile alimentée par l'énergie solaire.

3. Jeffrey Brinker (Sandia National Lab) a imité le processus d'auto-assemblage de l'oreille de mer, afin de créer un verre ultra-résistant et optiquement vide à travers un processus de fabrication silencieux et à basse température.

4. J. Herbert Waite (de l'Université de Californie, Santa Barbara) étudie la moule commune qui s'attache à des rochers grâce à une colle qui est capable de faire ce que notre colle artificielle ne peut pas faire : sécher et coller sous l'eau. Des équipes différentes essaient d'imiter cette colle sous-marine.

5. Peter Steinberg (Biosignal) a créé un composé antibactérien qui imite le varech Delisea pulchra. Ces algues rouges empêchent les bactéries de se poser sur leurs surfaces en brouillant leurs signaux de communication grâce à des composants respectueux de l'environnement qui s'appellent des furanones.

6. Bruce Roser (Cambridge Biostability) a développé une méthode d'entreposage de vaccins thermostable qui élimine le besoin de systèmes de réfrigération coûteux. Le processus est fondé sur un processus naturel qui permet à la plante de la résurrection (Selaginella lepidophylla) de rester dans un état de dessiccation pendant des années.

7. David Knight et Fritz Vollrath (de l'Université d'Oxford et Spinox) imitent le processus de fabrication durable de l'araignée, afin de trouver un moyen qui permette aux humains de fabriquer des fibres sans chaleur et sans toxines.

8. Jay Harman (PAXscientific) a créé des aubes, des aérateurs et des hélices super-efficients en s'inspirant de la géométrie de la spirale hydrodynamique que l'on trouve dans les coquillages, les varechs et les cornes de bélier.

9. Richard Wrangham (Harvard) fait de la recherche sur les composés médicamenteux utiles aux êtres humains en étudiant les chimpanzés qui se soignent avec des plantes trouvées dans l'armoire à pharmacie de la nature.

III - Biomimétisme : un outil d'innovation

biomimetismelivreLe processus du Biomimétisme consiste à demander conseil au génie créatif de la vie. Ce processus, tel qu'il est décrit par la Spirale du Design (Design Spiral), peut servir de guide pour aider les innovateurs à exploiter le Biomimétisme afin de « biologiser » un défi, demander de l'inspiration au monde naturel, et ensuite évaluer le résultat pour être sûr que la conception définitive imite la nature à tous les niveaux – ceux de la forme, du processus, et de l'écosystème.

Cette méthodologie permet d'appliquer la sagesse de la nature non seulement à la conception physique, mais aussi au processus de fabrication, à l'emballage, et jusqu'au transport, distribution, et décisions sur les retours. Une spirale met en lumière la nature réitérative du processus – c'est-à-dire que, après avoir résolu un problème difficile, et après avoir évalué la conformité de cette solution avec les principes de la vie, un autre défi souvent se présente, et le processus de design recommence.

Par exemple, un innovateur, en concevant une éolienne qui imite les principes aérodynamiques de la vie, pourrait ensuite se demander comment elle sera fabriquée. L'utilisation de l'énergie et le traitement chimique imiteront-ils la nature eux aussi ? C'est possible, grâce à un nouveau passage à travers la méthodologie conceptuelle : le défi à la biologie de la "spirale du design".

Pour en savoir plus :

- A voir Zygote Quarterly : New Digital Magazine Devoted to Biologically Inspired Design  http://zq.sinet.ca/goback=.gde_1244207_member_103597304

 

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