Biomimétisme : Quand la nature inspire l’industrie

Article rédigée par Sandra Molloy pour le magazine ECOMECA à la suite du webinaire Mont-Blanc Industries

LE BIOMIMÉTISME EST UNE STRATÉGIE D’INNOVATION OÙ LES PROPRIÉTÉS REMARQUABLES DU VIVANT

SONT TRANSPOSÉES DANS LA TECHNIQUE.

AMPHENOL SOCAPEX TRAVAILLE SUR UN PROJET BIO-INSPIRÉ.

Le biomimétisme : l'ingénierie inspirée de la nature

«La nature, ce sont des dizaines de millions d’années d’ingénierie», observe Olivier Gavard, directeur de la recherche technologique
chez Amphenol Socapex, fabricant de connecteurs sur mesure pour les marchés de la défense et de l’aéronautique, à Thyez.

 

Avec son équipe, il mène un projet de recherche en collaboration avec l’entreprise Manutech USD (SaintÉtienne), spécialisée dans l’ingénierie de surface par gravure laser, afin de développer un produit dont la structuration empêcherait à la lumière du jour de se
réfléchir, en utilisant les propriétés des ailes de papillon.

 

C’est un concours de circonstances qui a conduit Olivier Gavard sur le chemin de la bio-inspiration. Alors qu’il visite une
école d’ingénieurs à Besançon, il découvre en exposition un papillon gravé sur un substrat métallique. « On voyait un kaléidoscope directement sur la surface, sans pigmentation de la matière, qui témoignait de la possibilité de polariser la lumière du jour au moyen d’une structuration de surface. » Immédiatement, il a l’intuition que cette propriété peut servir les besoins de recherches et de technologies innovantes d’Amphenol. « Cette histoire de papillon m’a fait penser à quelques applications possibles », se remémore
Olivier Gavard. « Par recoupement avec ce que l’on recherche dans nos connecteurs, on s’est aperçu qu’une couleur sombre et non réfléchissante pouvait être obtenue par une structuration de surface.

Le papillon Morpho est l’exemple type d’un insecte qui n’a pas de pigment sur ses ailes, mais renvoie une certaine fréquence
de couleur selon son espèce et son environnement immédiat ». Dans son laboratoire, il a réussi à prouver ces propriétés via la
recherche fondamentale : en utilisant de la chimie pour structurer les surfaces métalliques, des réseaux de fissures de surface à l’échelle nanométrique apparaissent et absorbent la lumière du jour.
Mais ces fissures se forment de façon aléatoire et facilitent l’oxydation du métal quand elles sont trop profondes. Il faut donc trouver un moyen de contrôler ce phénomène et la structuration par laser apparaît comme la solution la plus fiable.

Un battement d'ailes de papillon

Après quelques tâtonnements pour trou­ver le bon partenaire, l’intervention de Manutec USD lors d’un webinaire appa­raît comme un révélateur. « Avec un laser Femto seconde, ils avaient déjà fait de la couleur sans pigment, juste en structurant la surface », retrace Olivier Gavard. Contactée, l’entreprise stéphanoise est partante pour ce projet et propose même de combiner les propriétés des ailes de papillon pour la lumière et celles du lotus dont les feuilles sont hydrophobes et déperlantes.

« Deux propriétés associées dans une structuration multi-échelle où l’on crée des motifs d’échelle micromé­trique et, sur ces motifs, d’autres motifs d’échelle nanométrique », décrit le direc­teur de la recherche technologique.

 

Le projet en est au stade du prototype, avec l’espoir d’une industrialisation dans quelques années. « La nature a mis des milliers d’années à parvenir à ce genre de raffinement, donc soyons humbles et patients », résume le chercheur. « Le délai dépendra des avancées sur la technique de structuration des surfaces, le procédé… et le coût associé à tout ça. »

 

Au-delà de l’intérêt scientifique et tech­nique, cette recherche permet de répondre aux contraintes réglementaires qui proscrivent l’usage de produits toxiques, de traitements de surface par ajout de substances chimiques nocives pour la santé et l’environnement. Le bio­mimétisme a pour but de trouver une solution de substitution à des métaux lourds de la galvanoplastie (l’un des savoir-faire d’Amphenol), dans le collima­teur de la Commission européenne, pour la défense, l’aéronautique. Sans oublier les avantages en termes de coûts, de durabilité des produits et de recyclage.

 

C’est aussi la possibilité de créer des fonctionnalités combinées que l’on n’au­rait jamais espérées : collages techniques, améliorations du coefficient de frotte­ment… C’est tout le marché de la connec­tique traditionnelle qui est concerné. Au-delà, l’ingénierie de surface peut aussi se déployer dans d’autres filières comme la plasturgie. En fabriquant par exemple des moules en injection avec des impres­sions négatives « où les cavités des moules sont déjà structurées pour que les pièces injectées aient nativement des motifs avec des propriétés », indique Olivier Gavard.

Opportunités biologiques

Pas facile pour autant, pour des industries de la filière mécanique, de faire des recherches bio-inspirées.

 

C’est là que le CEEBIOS intervient. « En général, ce sont des entreprises qui l’ont déjà identifié comme intéressant pour elles, mais qui ne savent pas comment se lancer dans la démarche », décrit Dounia Dems, cheffe de projet “matériaux”. « Nous les accom­pagnons. Nous les formons. Nous fai­sons des études pour eux. »

 

Le centre part d’une problématique technique et établit « une revue d’oppor­tunités, en dressant un panorama de tous les modèles biologiques d’intérêt », afin de définir comment le vivant répond à la problématique. Une fois l’organisme biologique ciblé, le CEEBIOS peut, suivant les cas, mettre en relation l’entreprise avec des exper­tises identifiées.

 

Le biomimétisme offre, en plus, l’avan­tage d’aller dans une démarche plus écoconçue. « Le vivant va toujours utili­ser le moins d’énergie possible, le moins de matériaux possible », souligne Dounia Dems. « Il partage les mêmes probléma­tiques au quotidien que nous, sur la gestion de l’eau par exemple. Et doit faire face dans des conditions beaucoup plus durables. »

 

C’est la sélection des straté­gies les plus payantes qui caractérise l’évolution, « mais on ne connaît pas toujours l’historique de ces évolutions », prévient la cheffe de projet. En clair, le chemin le plus court n’est pas toujours la ligne droite. « Il faut comparer les mécanismes biologiques, explique-t-elle, comparer quelles sont les stratégies majo­ritaires ou les convergences évolutives qui indiquent que c’est probablement une bonne solution. » Comme, par exemple, le mode de propulsion marin qui se fait par ondulation quelle que soit la créa­ture qui se déplace. On peut aussi cibler un organisme biologique avec des pro­priétés remarquables qui présente un intérêt particulier pour la R&D.

 

« Utiliser les matériaux bio-inspirés pousse à repenser tout ça en cycle, matière et énergie », observe Dounia Dems. « Peut-être faut-il travailler avec d’autres filières en amont et en aval pour favoriser la circularité et agir comme un écosystème vivant. » La nature n’a pas fini de nous surprendre et de nous ins­pirer à tous les niveaux.

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[Webinaire] L'innovation par le biomimétisme, introduction et applications industrielles

Programme

Qu’est ce que le biomimétisme – CEEBIOS (30 min)

  • Introduction biomimétisme
  • Exemple concret sur les matériaux bio-inspirés
  • Présentation du contexte national et les missions du CEEBIOS

Cas d’applications industrielles – AMPHENOL SOCAPEX (15 min) 

Echanges (15 min) 

 

 

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