PRINTEMPS DES SCIENCES 2010 - " Le biomimétisme : quand la Science obéit à la nature
←
→
Transcription du contenu de la page
Si votre navigateur ne rend pas la page correctement, lisez s'il vous plaît le contenu de la page ci-dessous
INSTITUT SUPERIEUR D'ENSEIGNEMENT TECHNOLOGIQUE
DEPARTEMENT CHIMIE
PRINTEMPS DES SCIENCES 2010
« Le biomimétisme : quand la Science obéit à la nature »
DOSSIER PEDAGOGIQUE
Par Florence Sapko, Elisabeth Staquet,
Noé Destordeur, Maximilien Gueibe,
Damien Granatorowicz Jean-François
Lambert, Arnaud Manant, Pierre Marchal
et Lionel Piedboeuf.
A. PRESENTATION GENERALE
Cette année, les étudiants de 2ème année de l'ISETChimie (HEL) vous proposent,
de découvrir le biomimétisme (bio = vie et mimesis= imiter).
Ce concept novateur qui gagne peu à peu le monde des sciences et des techniques
propose de s'inspirer de la nature afin de mettre en œuvre des procédés et des
produits respectueux de l'environnement et de la santé de chacun.
Après avoir défini le biomimétisme et ses stratégies, nous fabriquerons de la
galalithe à base de caséine et un biofilm à base d'amidon de pomme de terre.
Bien sûr, ces deux manipulations apparaissent bien insatisfaisantes par rapport aux
ambitions du biomimétisme mais elles nous permettrons d'en mesurer la difficulté, de
réfléchir aux aspects moraux liés à l'utilisation de matières alimentaires comme
précurseurs de produits industriels et de rappeler que la nature produit pour nous
des matériaux aux fantastiques propriétés.
Enfin nous compléterons notre tour d'horizon en examinant l'intérêt que représente le
biomimétisme en tant que projet de civilisation. Une civilisation au sein de laquelle la
Science serait au service d'un Homme descendu de son piédestal.
B. LE BIOMIMETISME
1. DEFINITION
Le biomimétisme est une nouvelle stratégie scientifique et technique qui s'inspire de
la nature et de ses réalisations high-tech.
Le biomimétisme a pour but de créer des produits, des processus et des
protocoles expérimentaux qui seront mieux adaptés à une durée de vie prolongée
sur terre.
Cultiver les aliments comme un prairie, filer les fibres comme une araignée, maîtriser
l’énergie comme une feuille, se soigner comme un chimpanzé et gérer les affaires
(ou les villes) comme une forêt millénaire, voilà quelques uns des apprentissages
que nous devons faire pour nous montrer aussi admirables que la nature.
Spécialement pour les chimistes, le défi consistera à travailler à température
ambiante, dans l'eau et sous pression atmosphérique.
2. APPLICATIONS
L’homme imite la nature en reprenant ses formes
Les ingénieurs japonais ont choisis cette forme pour la « tête » du TGV reliant Osaka
et Hakata car celui-ci traverse beaucoup de tunnels. Le problème est qu’en entrant
dans le tunnel, le train doit utiliser plus d’énergie pour garder sa vitesse car la densité
de l’air est plus importante. Et le martin-pêcheur est connu pour pouvoir passer d’un
milieu à un autre (air-eau, eau-air) très rapidement grâce à la forme de son bec. Cela
a permis de diminuer la consommation électrique de 15% et d’augmenter la vitesse
de 10%
L’homme imite la nature dans les procédés
Le célèbre « scratch » appelé velcro est inspiré du fruit d’une plante : la bardane. Les
fruits de la bardane sont munis de petits crochets qui leurs permettent de s’accrocher
aux pelages des animaux. L’ingénieur Suisse Georges de Mestral a donc décidé de
« réunir » deux bandes recouvertes chacune d’une texture différente ensemble
permettant lorsqu’on les met en contact d’obtenir rapidement une liaison amovible.
L’homme imite l’écosystème
Ici, l’idée est de s’inspirer des écosystèmes dit matures qui s'auto-organisent en une
communauté intégrée et diversifiée d'organismes, avec un but commun : se
maintenir en un endroit donné, utiliser le mieux possible les ressources disponibles
et sur du long terme.
C. LES BIOPLASTIQUES Les bioplastiques sont issus de ressources renouvelables, telles que le maïs, la patate douce, le blé, la canne à sucre ou l’huile de ricin. Ils présentent l'avantage de ne pas consommer de pétrole (quoique leur fabrication nécessite de l'énergie) et d'être biodégradables. Ils posent la question de l'utilisation des ressources alimentaires pour ce type d'usage et de l'utilisation éventuelle d'OGM pour cette industrie. Pour notre activité, nous avons choisi de mettre en évidence la galalithe issue de la caséine du lait. Le principe est simple, il consiste à faire "tourner" le lait à l'aide de vinaigre. On obtient un solide qui, une fois séché peut être travaillé et teinté pour la fabrication de bijoux, boutons, éléments décoratifs, ... Nous proposons ensuite d'extraire l'amidon de pomme de terre et de s'en servir pour fabriquer un film biodégradable. L'amidon extrait est mélangé à de la glycérine et à de l'acide chlorhydrique. Après 15 min de chauffage, on neutralise à l'aide de soude; on obtient une pâte qui peut être étalée et séchée pour donner le film désiré.
C. LES MATERIAUX NATURELS
Les matériaux d'isolation
Laine de bois Ouate de cellulose Laine de mouton Paille Chanvre
La nacre
La nacre est secrétée par les
coquillages (mollusques) et est
constituée de carbonate de
calcium (CaCO3).
Il existe plusieurs variétés de
nacre : nacre blanche (très prisée
dans le milieu de la mode), nacre
verte et rouge (boutonnerie de
luxe) et nacre bleue (production de
petites pièces en tout genre).
Les cornes et écailles
Elles sont surtout composées de kératine, tissus protéique rigide que l’on trouve
chez les mammifères et les reptiles. Les cornes proviennent des bovidés et sont
utilisées pour la fabrication d’objets. L’écaille provient des carapaces des tortues
marines. Sa principale utilisation est la lunetterie et la tabletterie. L’écaille a été aussi
très utilisée, comme la corne, dans la fabrication de peignes, de brosses et autres
articles de toilette, et de nombreux articles de mode.Le fil d’araignée
Le kevlar, utilisé pour nos gilets par balles, est un produit « high tech » par
excellence ; rien n’est plus résistant ou solide. Comment le fabrique-t-on ? En
utilisant des molécules provenant de la pétrochimie sous des pressions et des
températures extrêmes en présence d’acide sulfurique concentré. L’énergie
nécessaire à sa fabrication est extrêmement importante et ses sous-produits
toxiques.
L’araignée produit une soie battant largement la résistance et l’élasticité du kevlar.
Elle la fabrique à température, à pression ambiantes et dans l’eau.
Elle ne dépend d’aucun forage pétrolier ; elle capture des mouches et des criquets
d’un côté et produit ce miraculeux matériau de l’autre. Si besoin est, elle peut même
manger sa vieille toile pour en fabriquer une neuve.
D. ASPECTS SOCIETAUX
Comment vivre sur notre planète sans la détruire ?
Le biomimétisme propose des pistes de survie :
L’agriculture naturelle :
"L’agriculture naturelle regarde le paysage et se demande ce qui y pousse naturellement. Dans les
plaines centrales, c’est la prairie. Depuis 5000 ans, elle a merveilleusement réussi à maintenir le sol, à
résister aux parasites et mauvaises herbes, à promouvoir sa propre fertilité, tout cela sans notre aide.
Son secret réside dans sa composition faite de plantes vivaces associées en polyculture (nombreuses
espèces dans un même champ). Malheureusement, nous ne pouvons utiliser la prairie telle quelle.
Depuis une centaine d’années, nous l’avons labourée et lui avons substitué notre propre agriculture,
basée sur des plantes annuelles cultivées en monocultures (une seule espèce sur des hectares de
terrain). Contrairement aux polycultures vivaces de la prairie, ces monocultures annuelles nécessitent
notre aide. Puisqu’il s’agit d’annuelles, il faut labourer chaque année, ce qui conduit à l’érosion des
sols. Pour remédier à leur appauvrissement, nous y apportons des tonnes d’amendements chimiques.
Enfin pour mettre notre monoculture à l’abri des insectes, nous l’aspergeons de pesticides provenant de
la pétrochimie. 10 kilocalories de pétrole sont nécessaires pour produire 1 kilocalorie de nourriture. Le
meilleur moyen de sortir de ce cercle vicieux est de sélectionner des plants vivaces pouvant être
consommés et cultivés en polyculture, nous confie Wes Jackson. Cette prairie comestible serait non
seulement une nouveauté, mais surtout exactement le contraire de ce que nous connaissons
actuellement. Les plantes passeraient l’hiver en place, finis donc les labourages et semailles annuels
ainsi que l’érosion des sols. Finis aussi l’apport d’amendements artificiel car des plantes fixant l’azote
seraient associées. Plus besoin non plus de pulvériser des pesticides car le mélange de nombreuses
espèces différentes ralentit la progression des ravageurs. Nous aurions donc in fine une agriculture
auto-régénératrice imitant la nature au lieu d’une agriculture consommatrice imitant l’industrie."
Janine Benyus (www.biomimicry.net)Changement de mentalité :
L’homme se voit au sommet de la pyramide des espèces terrestres.
Si nous outrepassons les capacités de la terre, nous en paierons les conséquences.
Le biomimétisme nécessite un changement de mentalité.
Ce qui est bon pour la planète est bon pour nous aussi.
Stratégie de colonisation :
Avant de saturer les terres, nous avions toujours un endroit où migrer et cette
stratégie de colonisation nous permettait de contourner la réalité. Mais aujourd’hui,
tous les endroits colonisables l’ont été. Il faut imiter les communautés naturelles qui
ont appris à vivre sans porter atteinte à leur environnement. Les écosystèmes
matures (forêts) recyclent leurs déchets, utilisent l’énergie et les matériaux
efficacement et économisent l’habitat grâce à la diversification et à la coopération
(mutualisme).
Suivre l’exemple de la nature :
Cela modifiera nos cultures de nourriture, nos productions, notre approvisionnement
en énergie, notre manière de nous soigner, de conserver les informations et de gérer
les affaires.
Nature comme modèle :
Cela inclut de suivre l’exemple des plantes et animaux pour produire à partir du soleil
et de composés simples des fibres ou des plastiques totalement biodégradables, des
céramiques. Nos cultures seraient auto-résistantes et fertilisantes.
Nature comme référence :
Il faut se poser les bonnes questions :
Nos innovations sont-elles favorables à la vie ?
Conviennent-elles ?
Vont-elles durer ?
Nature comme guide :
Ne plus voir la nature comme une source de matière première mais comme une
source d’idée, comme un guide.
La Nature fonctionne à l'énergie solaire.
La Nature utilise seulement l'énergie dont elle a besoin.
La Nature adapte la forme à la fonction.
La Nature recycle tout.
La Nature récompense la coopération.
La Nature capitalise sur la diversité.
La Nature recherche l'expertise locale.
La Nature ne fait pas d'excès.
La Nature utilise ses limites pour stimuler sa créativité.Vous pouvez aussi lire
