Le biomimétisme est une science ayant pour objet la recherche de produits, solutions techniques ou processus de fabrication en s’inspirant des propriétés de la nature. Ainsi, la nature peut inspirer aux ingénieurs la conception de nouveaux matériaux résistants, solides ou incassables à la fois peu coûteux en énergie et non polluants.

Les matériaux résistants : du fil d’acier au fil de soie d’araignée

L’acier, composé de fer et de carbone, possède une résistance à la traction de 400 mégapascals avec un étirement avant rupture de 2%. Cependant, l’acier se déforme facilement, s’étire et casse avec le temps. De même, il supporte difficilement le froid.

L’araignée produit ses fils de soie grâce aux acides aminés fournis par ses proies et le pollen des plantes. Cette soie, recyclable et biodégradable, se compose de fibroïnes torsadées riches en alanine qui résistent à des forces de traction de 1200 mégapascals. La soie d’araignée est également riche en glycine qui lui donne des propriétés élastiques. Celle-ci permet à la soie d’un étirement avant rupture de 31%.

Reproduire la soie d’araignée à l’échelon industriel est particulièrement complexe. Certaines entreprises se sont intéressées au génie génétique. Ainsi, Nexia a breveté un produit, le Biosteel, par transfert de gènes d’araignées. D’autres se sont tournées vers le filage telle Warwick Innovative Manufacturing Research Center qui produit une filière artificielle. Les applications actuelles concernent surtout la fabrication de fibres à usage médical.

Les matériaux solides : du béton au corail

Le béton figure parmi les matériaux solides les plus connus. Cependant, sa fabrication est une activité fortement polluante.

Pour construire leur squelette externe carbonaté, l’aragonite, les coraux précipitent les ions calcium, magnésium et carbonate de l’eau de mer. Une start-up californienne, Calera, réussit à reproduire industriellement ce processus. Près de la centrale électrique au gaz naturel de Moss Landing en Californie, un pilote industriel utilise une part du CO2 rejeté par celle-ci pour produire du ciment.

Certes, ce ciment n’est pas encore aux normes exigées, notamment en raison de ses qualités adhésives insuffisantes. On peut toutefois le mélanger au ciment traditionnel ou encore l’utiliser comme granulat de façon à réaliser un stockage naturel de carbone.

Les matériaux incassables : des céramiques de blindage aux coquilles de mollusques nacriers

La fabrication de matériaux incassables comme les céramiques de blindage nécessite une consommation considérable d’énergie (frittage à 2000°c.) et s’avère très polluante.

Les scientifiques s’intéressent aux mollusques nacriers, notamment aux ormeaux, en raison de l’architecture particulière de leurs coquilles. Celles-ci s’organisent en de multiples tablettes et sous tablettes séparées par un ciment organique, ce qui réduit toute possibilité de fissures. Sylvain Deville, chercheur au Laboratoire mixte C.N.R.S./Saint-Gobain CREE, travaille à reproduire la structure complexe de la coquille d’ormeau en utilisant des matériaux plus résistants. La congélation des poudres de céramiques permet, aujourd’hui, de fabriquer des matériaux régulièrement percés de trous. Lorsque la glace fond, on peut remplir ces trous de métal ou de polymères ce qui donne un matériau incassable à moindre coût.

Sources bibliographiques et internet:

Sciama Yves, Chaigne Agathe, Goubet Fabien et Guillon Victor, 2010. Intelligence de la nature. Les ingénieurs s'y intéressent enfin. Sciences et Vie, n°1112, mai 2010, p.46-65.

Nouveaux matériaux: le biomimétisme, la nature et les ingénieurs

Biomimétique des matériaux : vidéo

Les matériaux issus du biomimétisme : article