De plus en plus de concepteurs de nouveaux matériaux font appel à la “biomimétique”, spécialité qu'on peut définir comme “l’étude de la structure et de la fonction de matériaux biologiques destinés à servir de modèles aux matériaux artificiels”.

En effet, d ’humbles animaux marins et araignées fabriquent par exemple des matériaux supérieurs à leurs équivalents synthétiques.

Humble, mais technicien hors pair, l'ormeau

L’ormeau, par exemple, extrait le carbonate de calcium (l’élément poudreux de la craie) de l’eau afin de fabriquer des plaques extrêmement fines, qu’il soude ensuite en grande quantité à l’aide d’un mortier composé de protéines et de sucres. Le professeur Mehmet Sarikaya signale que la coquille de ce mollusque est 30 fois plus solide que le carbonate de calcium fabriqué en laboratoire. “Nous ne disposons pas de la technique qui nous permettrait de concevoir des couches de matériau aussi minces que celles de la coquille de l’ormeau”, admet-il.

Des propriétés de la toile d'araignée

De même, la soie de la toile d’araignée est plus solide que l’acier et plus résistante que le nylon. Des chercheurs l’étudient dans l’espoir de synthétiser des fibres plus solides que le Kevlar, le matériau qui sert à la fabrication de gilets pare-balles. Toutefois, on ne sait toujours pas reproduire le procédé complexe de fabrication utilisé par l’araignée.

“Les araignées produisent la soie en utilisant l’eau comme solvant à l’air libre, à des températures et à la pression ambiantes. Ce matériau devient ainsi une toile d’une grande solidité, stable et imperméable . Or, la production de fibres solides, le Kevlar par exemple, doit se faire sous haute pression en utilisant de l’acide sulfurique concentré”,.observe le professeur Christopher Viney, de l’université de l’État de Washington à Seattle. Ce chercheur admet donc: “Nous avons beaucoup à apprendre.”

Les scientifiques de l’U.S. Army ont réussi à reproduire la formule chimique de la fibroïne, protéine de base de cette soie. Mais ils se sont rendu compte que les remarquables propriétés de la soie ne sont pas seulement dues à sa composition chimique; elles tiennent également à la manière dont l’araignée la file. Dans la filière de l’araignée, la soie est à l’état de cristal liquide. Ses molécules s’organisent en de longues chaînes appelées polymères, très résistantes à la traction. Le professeur Viney n’en est pas moins confiant que la mise au point d’un équipement spécial de filature permettra un jour aux scientifiques de reproduire les prouesses de l’araignée.

Artistes ou mathématiciens confirmés ?

Ne manquez pas de lire cette page "Souvenirs entomologiques" dans laquelle Jean Henry fabre, homme de sciences, écrivain, poète et entomologiste français, parle de spirales logarithmiques, de théorème de Bernouilli, d'un mystérieux nombre "e", et autres mathématiques, maîtrisés par l'araignée pour tisser sa toile. Absolument étonnant !

Une ville-plante ?

Construire une tour si haute (1228 mètres) qu'elle puisse abrîter une ville entière (100.000 habitants, 300 étages, 360 ascenseurs, ainsi que ses commerces et ses bureaux), tel est l'ambitieux projet conçu par les architectes espagnols Javier Pioz, Rosa Cervera et Eloy Celaya.

L’édifice se composera de deux parties: la tour en elle-même, et des bâtiments de tailles moyennes avec des lacs artificiels et des jardins répartis tout autour sur un diamètre d’un kilomètre.

Cette tour est appelée la tour bionique, car elle veut s'inspirer des plantes (herbes, arbres). Le défi était de trouver des similitudes entre la logique de la croissance, de l'organisation, de la logique architecturale, mécanique, et structurale des plantes et de l'appliquer à la conception de cette tour.

Une lame d'herbe, mesurant à peine quelques centimètres et un arbre de dix mètres de haut, sont deux demandes organiques de systèmes qui doivent répondre à des besoins biologiques semblables. Bien que ces organisations de vie résolvent leurs problèmes existentiels respectifs différemment, tous les deux ont besoin de la lumière, de l'air, de l'eau et du contexte dans lesquels elles s'épanouissent. Ils ont la même nécessité de se lever de la terre, de soutenir leur propre poids, de résister aux forces du vent, de creuser des tuyauteries internes pour le mouvement des fluides, de réaliser des processus chimiques complexes, d'accélérer ou de retarder temporairement la mise en marche de systèmes sophistiqués permettant la croissance, par des transformations structurales et mécaniques qui tendent à assurer sa survie présente et future. Toute ceci est réalisé tout en garantissant la survie des espèces par la production, l'offre et la distribution intelligentes de ses graines précieuses.

Copier le système d'organisation vertical fourni par les plantes, voilà le projet sérieusement envisagé et sue lequel on travaille depuis déjà une vingtaine d'années et que Shanghai espère en effet planter sur son sol d'ici 2015-2020.

Voiture ou poisson, en tout cas ça a du coffre

Pour concevoir la Mercedes-Benz bionique, les ingénieurs du Mercedes-Benz Technology Centre et de DaimlerChrysler Research ont pour la première fois examiné un exemple spécifique et concret dans la nature, celui du poisson-coffre.

Ce poisson est doté de caractéristiques qui le rapprochent d’une voiture au niveau des détails, alliant aérodynamisme, sécurité, confort et respect de l’environnement et qui en plus possède le caractère formel et structurel d’une voiture. Malgré son gabarit en forme de cube, le poisson-coffre tropical est particulièrement profilé et représente un idéal aérodynamique. En concevant une maquette modélisée du poisson-coffre, les ingénieurs de Stuttgart ont réussi à obtenir en soufflerie un coefficient aérodynamique de seulement 0,06.

Le poisson-coffre est également un excellent exemple en termes de rigidité et de légèreté. Sa peau est composée d’écailles hexagonales, qui offrent une résistance maximale pour un poids minimal et protègent le poisson avec efficacité. Les chercheurs de DaimlerChrysler ont examiné cette structure bionique et exporté son principe sur la Mercedes bionique grâce à un processus de calcul spécial. Ce processus repose sur les principes de la formation des os et autorise par exemple jusqu’à 40% d’augmentation de la rigidité des panneaux de porte extérieurs par rapport à un design conventionnel. Si l’intégralité de la coque est définie sur la base de ce principe bionique, son poids total se réduit d’environ un tiers sans rien perdre de sa résistance et de son niveau de protection en cas d’accident.

Ce que l'on doit à la bardane

Les bardanes (genre Arctium) sont des plantes bisannuelles à feuilles alternes appartenant à la famille des astéracées.

Les bardanes se remarquent surtout par leurs bractées florales très nombreuses, toutes terminées par un crochet permettant aux capitules de s'accrocher aux vêtements, aux cheveux ou au poil des animaux (ce qui favorise la dispersion des graines).

De retour d'une partie de chasse, Georges de Mestral tempêtait toujours après les fructifications de la bardane qui s'accrochait à ses vêtements et au pelage de son chien. Jusqu'au jour où il décida d'examiner cette plante au microscope. La mise au point de la fabrication industrielle du velours-crochet (velcro) fut fastidieuse (près de 9 ans).

Aujourd'hui, cette accroche a le succès qu'on lui connaît, détrônant dans de nombreuses applications les fermetures à glissières sur les vêtements, sacs ou chaussures.

Encore mieux que la colle, encore mieux que le velcro, le gecko

le gecko a la capacité d'escalader les murs et même les surfaces lisses comme une vitre (photo ci-contre). Il peut même rester accroché au plafond.

Quel est son secret ? Comment parvient-il à braver la loi de la pesanteur chère à Isaac Newton ?

Le gecko adhère à des surfaces aussi lisses que le verre grâce aux minuscules poils, ou soies, qu'il a sous les pattes. Ses pattes ne sécrètent pas de colle ; elles exploitent plutôt une force moléculaire, infime mais réelle.

Explication : les molécules des deux surfaces (vitre et pattes du gecko) se lient les unes aux autres par des forces d'attraction très faibles appelées forces de van der Waals. Normalement, la pesanteur l'emporte facilement sur ces forces, ce qui explique qu'on ne puisse évidemment pas escalader un mur simplement en plaquant les mains dessus. Toutefois, les soies du gecko augmentent la surface en contact avec le mur, la vitre, le plafond... les forces de van der waals sont donc multipliées par les milliers de soies, produisant l'attraction suffisante pour retenir la masse et vaincre la force verticale représentée par poids du gecko. Ces forces sont même suffisantes pour permettre au gecko de supporter le poids de ses proies, comme cet oiseau sur l'image ci-dessous).

Quelle peut être l'utilité d'une telle découverte ? des matériaux synthétiques qui imitent les pattes du gecko pourraient être utilisés à la place du velcro. Une revue, l'Economist, rapporte les propos d'un chercheur, qui a déclaré qu'un matériau fait d'"adhésif gecko" serait particulièrement utile "en médecine, là où l'emploi d'adhésifs chimiques n'est pas possible".

Pour plus de détails encore, voir ces pages trouvées lors de mes recherches : Un super adhésif tiré du gecko et encore : Waalbot, le gecko robotisé dans laquelle le gecko nous devance dans l'exploration des planètes.

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