Le biomimétisme, un modèle d’innovation durable pour les secteurs de l’énergie et de l’environnement

Matériaux ultrarésistants ou super-adhésifs, survie dans les abysses ou vie amphibie, fort de 3,6 milliards d’années de R&D, le monde du vivant a su démontrer qu’il était capable de technologies de pointe. Ces prouesses, par essence respectueuses de leur milieu, sont depuis toujours une source d’inspiration pour les industriels ; on appelle biomimétisme cette démarche d’innovation, qui consiste à prendre la nature comme modèle. Alcimed, société de conseil en innovation et développement de nouveaux marchés, revient sur ses applications dans les secteurs de l’énergie et de l’environnement et propose 3 axes d’innovation bio-inspirée de demain.

Une approche ancienne qui bénéficie d’un intérêt nouveau

Le biomimétisme n’est pas une démarche nouvelle : il existe depuis aussi longtemps que l’homme observe et cherche à comprendre le monde qui l’entoure. De Léonard de Vinci et son observation des oiseaux afin d’imaginer une machine volante au XV^ème siècle jusqu’au velcro inspiré des crochets du fruit de la bardane, les réalisations issues de cette observation sont déjà nombreuses dans notre quotidien.

L’approche de l’innovation bio-inspirée a cependant été structurée pour la première fois en 1997 par l’américaine Janine Benyus dans un livre fondateur, Biomimicry : Innovation Inspired by Nature. Depuis, on observe un intérêt croissant autour de ces questions et une augmentation du nombre de publications citant le biomimétisme (figure ci-contre). Le potentiel infini d’applications peut concerner tous les secteurs d’activité : de l’agriculture à l’aéronautique en passant par celui de l’énergie. Cette approche nécessite cependant, par définition, une forte multidisciplinarité à l’interface entre design, ingénierie, chimie, technologies de l’information, biologie… et a ainsi besoin d’acteurs facilitant la transmission entre ces domaines. Son développement se heurte de plus aujourd’hui à un manque de supports méthodologiques directement adaptés à la recherche par les industriels.

Dans les secteurs de l’énergie et de l’environnement, deux premiers domaines d’inspiration ont été principalement exploités jusqu’à présent : les morphologies et la chimie du vivant…

Première source d’inspiration : les formes et structures observées chez les êtres vivants (structure alvéolée, micropores…). Ces dernières sont reproduites par les ingénieurs pour améliorer les performances d’un objet ou d’une structure. EEL Energy a ainsi développé une hydrolienne inspirée des ondulations des anguilles qui permet d’optimiser la conversion de l’énergie même dans les zones à très faibles courants. Autre exemple, l’Université de Cambridge s’inspire du duvet à l’extrémité des plumes de chouette pour réduire le bruit de frottement de l’air sur les pales d’éoliennes.

En second lieu, les ingénieurs se sont inspirés de la chimie des matériaux et des procédés biochimiques existants dans la nature. Les êtres vivants ont en effet réussi l’exploit de mettre au point des procédés de production de molécules remplissant une grande diversité de fonction dans des conditions de température et de pression quasi-ambiantes et à partir de seulement 3 familles de polymères. Ce niveau d’inspiration fait  déjà l’objet de nombreuses applications industrielles comme l’élaboration par Saint-Gobain d’une surface hyper-hydrophobe et autonettoyante inspirée de la nanostructure des feuilles de lotus ou bien, comme l’exploration par Suez du métabolisme de digestion des termites pour améliorer la biométhanisation des déchets verts.

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… mais une troisième approche d’inspiration systémique se développe également.

Au-delà d’une transposition quasi-directe de phénomènes observés dans le vivant, soit par la reproduction d’une structure, soit par l’exploitation de leur métabolisme, une troisième approche cherche désormais à reproduire les stratégies d’organisation et de fonctionnement des systèmes vivants.

A l’échelle microscopique, macroscopique ou écosystémique, l’organisation des systèmes vivants leur a en effet permis de s’adapter aux contraintes de leur milieu en développant des systèmes économes en énergie et résilients : une colonie bactérienne n’importe pas sa source d’énergie mais un écosystème se construit pour maximiser l’utilisation des ressources locales et limiter les pertes. Dans le secteur de l’énergie et de l’environnement plus particulièrement, cette approche d’inspiration s’intensifie pour répondre aux enjeux de la transition énergétique. Renault cherche par exemple à repenser le véhicule décarboné, en s’inspirant du métabolisme des marathoniens. RTE s’inspire des réseaux et connections du mycélium, qui partage les sucres produits entre les arbres exposés à la lumière et les arbres plus petits, pour équilibrer les flux d’énergie sur le réseau électrique entre les régions. D’autres travaux prennent pour exemple des fourmis pour concevoir des algorithmes d’optimisation des trajets de collecte de déchets.

Les possibilités d’inspiration sont innombrables ! L’équipe Energie, Environnement et Mobilité d’Alcimed s’est prêtée au jeu et a imaginé 3 autres axes d’innovation bio-inspirées :

–   Et si les énergéticiens s’inspiraient des stratégies d’hibernation des mammifères pour le stockage de l’énergie et la gestion de la consommation en électricité par rapport à la production ?
–   Et si les développeurs des systèmes de conduite autonome s’inspiraient de l’auto-organisation et de la gestion du trafic dans les groupes de mammifères, colonies d’insectes ou bancs de poissons ?
–   Enfin, et si les autorités locales et les acteurs des services collectifs s’inspiraient des symbioses observées dans le vivant pour organiser des zones industrielles optimisées énergétiquement, tel que les déchets d’un acteur deviennent la matière première d’un autre, que la chaleur résiduelle des effluents de l’un soit utilisée par un voisin, que le CO₂ émis par l’un soit capté et utilisé par un autre…

Autant de raisons supplémentaires de protéger la biodiversité, qui a encore beaucoup à nous apprendre !

« Une carte à jouer sur le territoire français: »
Pierre-Emmanuel Fayemi. Innovation par la conception bio-inspirée : proposition d’un modèle structurant les méthodes biomimétiques et formalisation d’un outil de transfert de connaissances. Génie mécanique [physics.class-ph]. Ecole nationale supérieure d’arts et métiers – ENSAM, 2016.