Le Biomimétisme
TPE
Premièrement, nous allons vous présenter les exemples d'application du biomimétisme dans la vie de tous les jours.
Les Matériaux Hydrophobes
Le premier exemple que nous allons traiter concerne les matériaux hydrophobes.
Nous allons tout d'abord voir ce qu'est un matériau hydrophobe. Le mot « hydrophobe » a une étymologie grecque. En effet, ce mot vient du grec ancien « hudôr » qui veut dire « eau » et « phobos » qui signifie « peur ». Ce mot se traduit donc par « qui a peur de l’eau ».
Photo d'une goutte d'eau sur une feuille végétale hydrophobe
Un matériau hydrophobe est donc un matériau non soluble avec l’eau ; qui ne peux pas, par nature interagir physiquement avec l’eau. En effet si une goutte d’eau est lâchée sur une surface hydrophobe celle-ci rebondira.
Photos d'une goutte d'eau rebondissant sur une surface hydrophobe
Comment ça marche ?
Tout dépend de l’angle de contact de la goutte d’eau sur le matériau. En effet, si l’angle de contact est inférieur à 90°, alors la surface est dite hydrophile, tandis que si l’angle de contact est supérieur à 90 ° (il est en général compris entre 120° et 150°) alors on dit que la surface est hydrophobe. Et si la surface présente un angle de contact avec la goutte d’eau supérieur à 150° alors cette dernière est qualifiée de super-hydrophobe.
En observant de près une surface hydrophobe, on remarque qu’elle est constituée de petites aspérités et ce sont celles- ci qui vont déterminer l’angle de contact de la goutte d’eau avec la surface. Cette surface rêche permet aussi de piéger l’air augmentant ainsi cette capacité d’hydrophobie.
Schéma d'une goutte d'eau sur une surface hydrophile
Schéma d'une goutte d'eau sur une surface hydrophobe de type Wenzel
Schéma d'une goutte d'eau sur une surface hydrophobe de type Cassie-Baxter
Schéma d'une goutte d'eau sur une surface super - hydrophobe
La technologie pour rendre un matériau hydrophobe est maîtrisée mais encore très peu rependue notamment à cause du prix encore très élevé. Cependant les applications sont très nombreuses :
→ Des peintures et revêtements autonettoyantes qui ne demandent presque pas d’entretien.
​ → Des vêtements ou n’importe quel textile à la capacité super-hydrophobe et qui ne craindraient plus d’être salit ou mouillé.
→ Des sprays permettant de rendre toutes les surfaces super-hydrophobes, par exemple des téléphones, pour les rendre étanche ou encore des métaux, pour qu’ils ne soient plus possible qu’ils rouillent.
Bref, les applications sont multiples, et pourrait aider n’importe qui dans la vie de tous les jours.
Surface hydrophobe crée par des chercheurs
Le Martin pêcheur et le Hibou pour les TGV
Le deuxième exemple du biomimétisme dans la vie de tous les jours concerne le martin pêcheur, le hibou et les TGV
L'aérodynamique doit beaucoup à l'étude du vivant, en effet au Japon, un TGV reliant deux villes traverse de nombreux tunnels. Or, la résistance de l'air augmente dans les tunnels, lorsqu'un train sort à grande vitesse d'un tunnel, il se produit un coup de tonnerre. En effet, lorsque celui-ci pénètre dans un tunnel, il comprime l'air brutalement, ce phénomène est à l'origine d'une surpression qui se propage le long du tunnel. Les conséquences sont une perte de vitesse, une consommation d’énergie plus importante, de plus la surpression est doublement désagréable : pour les voyageurs qui peuvent avoir les oreilles bouchées et pour les riverains qui sont gênés par les coups de tonnerre.
La question que se sont posés les ingénieurs était donc : comment perdre le moins d'énergie possible ?
Un Martin-pêcheur rentrant dans l'eau
Un Martin-pêcheur rentrant dans l'eau et éclaboussant peu
Ils se sont tournés vers un animal expert dans la transition rapide entre deux milieux, le martin-pêcheur, cet oiseau se nourrit de petits poissons qu’il pèche en plongeant dans l’eau. Au fil des millions d’années d’évolution, celui-ci a évolué jusqu’à obtenir un bec très aérodynamique lui permettant de pénétrer dans l’eau en perdant un minimum de vitesse. Ainsi, en imitant la forme de son bec et de sa tête les ingénieurs ont réussi à baissé la consommation électrique du train de 15%, le TGV a gagné plus de 10% de vitesse, le tout avec une nuisance sonore dans les tunnels bien inférieure à celle des autres trains. Cette technologie a inspiré le Shinkansen, un train japonais.
Le martin-pêcheur n’est pas le seul à avoir inspiré le Shinkansen. En effet, malgré sa taille parfois imposante, le hibou Moyen-Duc est un des oiseaux dont le vol est le plus silencieux. Cette discrétion lui permet de capturer ses proies sans se faire repérer.
Le Shinkensen
Après s'être inspiré du martin-pêcheur, les chercheurs japonais ont tenté de percer le secret du silence du vol du hibou, ceux-ci ont découvert que des petites plumes dentelées situées sur les ailes des hiboux leur permettaient d'atténuer considérablement les nuisances sonores. Ils ont remarqué que le bruit du train augmentait au cause des roulements des roues sur le rail. Ce bruit est dû aux pantographes qui permettent d'alimenter le train en électricité. Les ingénieurs japonais ont donc créé des pantographes en formes d'ailes reproduisant la structure de celles du hibou, la nuisance sonore a donc été amoindrie, pour le confort des passagers et celui des riverains.