La nature a toujours été une source d’inspiration pour les artistes, les ingénieurs et les scientifiques à travers ses formes et ses structures. Aujourd’hui, face à l’urgence de la crise écologique actuelle, une nouvelle approche scientifique, centrée sur les processus naturels, se développe de plus en plus : le biomimétisme. Il a pour objectif d’imiter les propriétés et les fonctions d’organismes vivants pour développer des solutions durables, que ce soit dans le stockage d’énergie, l’optimisation de la durée des batteries ou encore la fabrication de nouveaux matériaux de construction.
Mieux capter l’énergie solaire grâce aux plantes et aux papillons
L’énergie solaire est la plus utilisée chez les êtres vivants. Depuis plus de 2 milliards d’années, les végétaux sont capables de synthétiser de la matière organique en piégeant de l’énergie solaire (photosynthèse). En captant la lumière du soleil, les plantes cassent les molécules d’eau (H2O) puisées dans le sol à travers les racines et séparent les atomes d’hydrogène des atomes d’oxygène. L’énergie libérée est ensuite utilisée pour produire des glucides (sucres) grâce à l’association des atomes d’hydrogène au dioxyde de carbone absorbé par les feuilles des plantes. Les atomes d’oxygène sont rejetés dans l’atmosphère et l’énergie solaire est stockée dans ces glucides.
À l’échelle mondiale, l’énergie solaire ainsi récupérée et transformée par la biosphère équivaut à 6 fois celle produite par l’ensemble des activités humaines. Avec de telles performances, reproduire artificiellement ce phénomène naturel pourrait aider à réduire considérablement notre bilan carbone. Actuellement, la photosynthèse n’en est encore qu’à ses balbutiements. Il existe certes des appareils et des prototypes capables de réaliser une photosynthèse artificielle, mais leur efficacité sur le long terme reste encore à prouver.
Les animaux peuvent également être une source d’inspiration pour produire de l’énergie électrique. C’est notamment le cas pour les papillons. Les ailes de ces lépidoptères disposent de motifs antireflets uniques. Ils sont capables de piéger la lumière naturelle de manière optimale grâce à leur surface en forme de maille de crêtes et de trous sur leurs écailles noires. À l’intérieur de ces écailles, des faisceaux de tissu en forme de pilier diffusent la lumière jusqu’à ce qu’elle soit complètement absorbée. Différents projets de recherche, notamment en Finlande (Université d’Oulu) et en Chine (Université d’Anhui), ont reproduit ces nanostructures sur des panneaux solaires pour augmenter leur efficacité.
Des batteries plus performantes grâce aux crustacés
Les crustacés comme les crevettes, les crabes et les homards possèdent, dans leurs exosquelettes, des cellules riches en chitine. Ce composé organique, qui se retrouve également dans les champignons, les insectes et les lichens, rendrait les batteries bien plus performantes et plus durables que les lithiums-ion. Des chercheurs du Center for Materials Innovation (CMI) de l’Université du Maryland ont ainsi réalisé le prototype d’une batterie renouvelable. Les scientifiques ont prélevé du chitosane, un dérivé de la chitine, contenu dans des carapaces de crabe et l’ont transformé en une membrane de gel ferme en lui ajoutant une solution aqueuse d’acide acétique. Cette membrane a ensuite été utilisée comme électrolyte à l’intérieur d’une batterie complétée avec du zinc, un métal plus abondant et moins cher que le lithium. La batterie ainsi conçue peut être chargée et déchargée rapidement sans affecter ses performances – elle reste efficace à 99,7% après 1.000 cycles de recharge – et est de plus presque entièrement biodégradable. Le chitosane, qui compose les deux tiers de la batterie, se désagrège complètement au bout de cinq mois grâce à l’intervention de microbes dans le sol. Seul le composé métallique de la batterie, le zinc, doit encore être recyclé.
Des matériaux de construction bio-innovants
Le biomimétisme est également appliqué dans la construction. De nouveaux matériaux de construction inspirés par la nature voient de plus en plus le jour. Des façades autogénératives à base de microalgues qui consomment le dioxyde de carbone et la chaleur existent déjà depuis une dizaine d’années sur des bâtiments. Des projets de recherche visent à concevoir des matériaux bioluminescents basés sur la culture de souches bactériennes capables de produire de la lumière naturellement. Des chercheurs de l’Université de Kassel en Allemagne ont mis au point il y a quelques années un nouveau prototype de béton capable de produire de l’électricité. Ce nouveau matériau, appelé « DysCrete », reproduit le processus de photosynthèse des cellules à pigment photosensible. Il est composé d’un béton conducteur, d’une couche de dioxyde de titane qui va capter l’énergie solaire, d’un colorant à base de jus de groseille comme électrolyte et d’une couche de graphite comme seconde électrode. Le tout est recouvert d’une couche transparente afin de permettre le passage des rayons du soleil.
Même les lézards peuvent nous aider à fabriquer des constructions moins énergivores. Des étudiants de l’école d’art Orange Cube, en Californie, ont créé une brique humide basée sur le fonctionnement des poils hydrophiles des lézards. Ceux-ci leur permettent de déplacer l’eau autour d’eux, voire de convoyer de l’eau jusqu’à leur bouche comme c’est le cas pour le lézard à cornes du Texas. La nuit, la brique humide permet de baisser naturellement la température d’un bâtiment en condensant l’eau de l’air et en agissant comme un système de refroidissement par évaporation. À l’heure où les températures d’été deviennent de plus en plus élevées, ce procédé tombe à point pour remplacer à terme nos besoins en climatisation, particulièrement énergivores !
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Last modified: February 14, 2024
