Le biomimétisme, qu'est-ce que c'est ?

Le biomimétisme est un processus qui consiste à s’inspirer de la nature pour résoudre des problèmes ou créer de nouvelles innovations. 

Ses applications sont très nombreuses à petite ou grande échelle. Les domaines dans lesquels les principes biomimétiques sont employés sont tout aussi multiples : la santé, l’industrie, l’architecture… 

C’est une démarche très intéressante, car elle améliore la qualité des vies des personnes et préserve l’environnement de façon créative et innovante. 

Alors, le biomimétisme, qu’est-ce que c’est ?

Le biomimétisme s'inspire des nanopiliers présents sur les ailes de libellule.
Libellulle Diplacodes Bipunctata dont la structure des ailes a inspiré la technologie Liquid Guard®
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Bactérie E. coli sur revêtement en nanopiliers. Vision (de gauche à droite) à 52°, au dessus, et -52°

Le biomimétisme et Nano-Shield

Chez Nano-Shield, nous nous inspirons de la nature pour améliorer votre qualité de vie et protéger votre santé. 

Nos nanorevêtements antimicrobiens vous protègent durablement lors de vos trajets quotidiens en transports en commun. Ils sont constitués de nanopiliers identiques à ceux qui se trouvent à la surface des ailes de libellules. En plus de prévenir les infections microbiennes, ces structures sont très utiles pour le vol des insectes du fait de leur caractère hydrophobe à empêcher l’eau et les poussières de se déposer sur les ailes.

La topographie en nanopilliers en pointe attire, déforme et perce les membranes des cellules des bactéries, ce qui engendre immédiatement leur décès prématuré (action de désinfection mécanique). Nous avons reproduit ces propriétés antimicrobiennes dans nos nanorevêtements pour éviter la contamination bactérienne des surfaces sur lesquelles ils sont appliqués.

Ils sont sûrs pour les usagers et l’environnement, car contrairement aux désinfectants chimiques, une seule application sur les surfaces est efficace pendant plus d’un an.

 

Définition du biomimétisme

Le biomimétisme est l’imitation technique des processus mis en œuvre par la nature. Concrètement, cela consiste à observer la nature et s’en inspirer pour innover dans de nombreux domaines techniques.

Les sources d’inspiration pour le biomimétisme sont multiples et s’étendent de l’échelle nanomoléculaire comme la structure des feuilles de lotus, à des échelles de grande taille comme des écosystèmes complets.

Un exemple d'architecture issue du biomimétisme.
Un exemple d'architecture issue du biomimétisme.
Léonard de Vinci s'est inspiré des chauves-souris pour créer sa machine volante.
L’ornithoptère, machine volante de Léonard de VINCI, inspirée de la structure des ailes des chauves-souris.

Origine du biomimétisme

Dans sa définition actuelle, le biomimétisme a été déterminé par Otto Schmitt. Ce scientifique américain est un touche-à-tout de génie. Après la Seconde Guerre mondiale, il devient professeur à l’université du Minnesota. Pendant ses années universitaires, il est à l’origine de nombreuses innovations dans les domaines de la biophysique et du biomédical.

Il regroupe alors l’ensemble de ces domaines et leur méthodologie dans un nouveau domaine de bio-ingénierie médicale qu’il nomme le biomimétisme. Il lui donne alors ses lettres de noblesse en faisant passer le fait d’observer la nature pour l’imiter, de simple amusement à une véritable démarche scientifique.

Bien que le biomimétisme n’ait été véritablement défini qu’à partir des années 50, la démarche d’observer la nature pour s’en inspirer n’est pas nouvelle. Il y a plus de cinq siècles déjà, Léonard de Vinci disait : « apprenez de la nature, vous y trouverez votre futur ».

Quelques exemples de biomimétisme

Vous ne l’avez sans doute jamais remarqué, mais le biomimétisme se trouve dans de nombreux objets de votre quotidien. Voici quelques exemples qui vous sont sans doute très familiers :

Le Velcro

Le célèbre « scratch » a été inventé en 1948 par l’ingénieur électricien suisse George de Mestral. Alors qu’il revenait d’une partie de chasse, il dut retirer de ses vêtements et des poils de son chien de nombreux fruits de bardane qui s’y étaient agrippés. En les observant au microscope, il remarque qu’ils comportent une multitude de petits crochets qui leur permettent de s’accrocher dans les boucles des textiles et les poils d’animaux. C’est ainsi qu’il s’en inspira pour mettre au point le célèbre Velcro.

La feuille de lotus

Cette magnifique plante aquatique a donné son nom à l’effet lotus découvert par le biologiste allemand Wilhelm Barthlott. La topographie des feuilles de lotus les rend superhydrophobes, c’est-à-dire que l’eau rentre très peu en contact avec la surface. Ainsi les gouttes ne font que glisser sur les feuilles qui ne sont pour ainsi dire jamais mouillées. Cette propriété n’est pas l’exclusivité du lotus et on la retrouve dans une moindre mesure chez de nombreux végétaux tels que les choux, les capucines ou encore les ginkgos.

Nano-Shield utilise une topographie similaire pour donner des propriétés hydrophobes aux surfaces afin de faciliter le nettoyage, mais à une échelle encore inférieure.

Le martin-pêcheur

Ce petit oiseau est connu pour ses grandes qualités de pêcheur. Il est aussi à l’aise dans l’air de dans l’eau, pourtant ce sont deux environnements aux propriétés physiques très différentes. Tandis que l’air est un environnement peu dense, l’eau l’est beaucoup plus. Pourtant, le martin-pêcheur est toujours aussi agile dans les airs que sous l’eau.

Au Japon, Nakatsu Eiji, qui était alors l’ingénieur qui dirigeait les essais du Shinkansen (le célèbre TGV nippon), a eu l’idée de s’inspirer de la forme de son bec pour améliorer l’aérodynamique du train. En effet, lorsque le train passait dans les tunnels, il émettait un bang sonore. En modifiant la forme de l’avant du train, les ingénieurs japonais ont pu réduire le bruit de façon significative.

Les crochets du fruit de la bardane ont servi de modèle au velcro.
Le velcro dont les minuscules crochets qui permettent l’adhésion sont naturellement présents sur les fruits de la bardane.
La feuille de lotus est un parfait exemple pour le biomimétisme.
Feuille de lotus et caractéristique hydrophobe.
SHINKANSEN, le TGV japonais au design à haute performance.
SHINKANSEN, le TGV japonais au design à haute performance.
La structure de la peau de requin vue au microscope.
La structure de la peau de requin vue au microscope.
Combinaison de natation Fastskin de SPEEDO améliorant les performances de nage. Inspirée de la structure de la peau de requin.
Combinaison de natation Fastskin de SPEEDO améliorant les performances de nage. Inspirée de la structure de la peau de requin.
Art science museum of Singapore, inspirée de la structure incurvée de la feuille de lotus.
Art science museum of Singapore, inspirée de la structure incurvée de la feuille de lotus.

De nombreuses applications dans des secteurs très variés

Médical et santé

  • Des chercheurs de l’Université de l’Ohio se sont inspirés du moustique pour inventer une aiguille pour faire des piqûres indolores.
  • La société Sharklet s’inspire de la peau des requins pour fabriquer du matériel médical antibactérien comme des sondes et des cathéters.
  • Le laboratoire biopharmaceutique Hemarina fabrique du sang artificiel en copiant l’hémoglobine du ver arénicole (ver marin). Ces poches de sang sont très utiles pour préserver les organes en attente de greffe ou pallier les pénuries de dons.

Industrie

  • L’effet lotus (encore lui !) est utilisé pour des surfaces autonettoyantes. Il est souvent employé pour les baies vitrées des immeubles ou les panneaux solaires. Les fenêtres restent alors toujours propres et les équipements photovoltaïques ne souffrent pas de baisse de production d’électricité à cause de la poussière qui s’est déposée dessus.
  • La structure en alvéoles des nids d’abeille est reproduite pour fabriquer des matériaux légers et résistants.
  • La texture de la peau des animaux tels que les requins ou les geckos est souvent copiée pour améliorer les propriétés physiques des véhicules, des surfaces ou des équipements. Ainsi la structure en peau de requin améliore l’hydrodynamique des véhicules et des nageurs (grâce à leur combinaison ultra-performante), tandis que l’effet ventouse des pattes du gecko permet d’améliorer l’adhérence sur les surfaces.

Environnement

Le géomimétisme est une forme particulière de biomimétisme qui vise à reproduire les écosystèmes. Par exemple, la reforestation permet de capter le carbone de l’atmosphère et de limiter le réchauffement climatique. Il existe de nombreuses variantes de ce système telles que l’agroécologie, le développement de zones humides, ou la création de puits de carbone océaniques.

 

Architecture

La nature est une grande source d’inspiration pour les architectes. Voici quelques exemples célèbres :

  • le stade olympique de Pékin a une structure en forme de nid d’oiseau,
  • l’Eastgate Shopping Centre à Harare au Zimbabwe s’inspire des termitières pour réguler naturellement la température du bâtiment,
  • l’Arstcience Museum de Singapour est en forme de fleur de lotus pour la récupération des eaux pluviales et avoir une meilleure diffusion de la lumière.
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Le biomimétisme pour l'avenir

Les crises sanitaires sont de plus en plus fréquentes et s’inspirer du biomimétisme permet de trouver des solutions pour sortir des impasses que nos technologies actuelles ne pourraient surmonter. 

Le biomimétisme promet des perspectives intéressantes pour le futur en proposant des solutions profondément innovantes et inspirées de la Nature elle-même.  De ce fait, c’est une démarche qui permet de créer et de mettre au point des procédés et objets plus durables et plus respectueux de nos écosystèmes. 

Il est par ailleurs prouvé que les entreprises qui utilisent des principes biomimétiques dans leur fonctionnement figurent parmi les plus performantes dans leurs domaines.

Aujourd’hui, c’est dans le milieu de la santé que le biomimétisme a et va prendre encore plus d’ampleur avec l’arrivée de nouvelles solutions médicales ultra-performantes. Nano-Shield s’inscrit parfaitement dans cette tendance en étant une véritable alternative aux produits chimiques.

Le biomimétisme apporte de nombreuses solutions pour l'avenir.
Le biomimétisme apporte de nombreuses solutions pour l'avenir.

En résumé

Les êtres vivants peuplant la Terre ont évolué pendant des millions d’années afin de survivre à leur environnements. Ils ont ainsi développé des caractéristiques naturellement extraordinaires au fil des générations. 

Malgré les différentes révolutions industrielles que l’Homme a vécu dans son histoire, ses technologies anthropocentrées ne lui suffisent plus à surmonter les crises nouvelles auxquelles il doit faire face. 

C’est aujourd’hui dans l’observation de la nature et du vivant que l’Homme trouvera de nouvelles sources d’inspiration pour évoluer technologiquement, améliorer son quotidien, et vivre plus durablement dans ses écosystèmes.

C’est à partir de cette vision que Nano-Shield vous propose l’utilisation d’une nano-technologie de désinfection non-chimique, durable dans le temps et efficace en continu.