Nouveaux matériaux : le biomimétisme, la nature et les ingénieurs

La nature peut inspirer la conception de matériaux innovants. Tout sur les futurs matériaux transparents, adhésifs et producteurs d'énergie.
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Le biomimétisme appelée aussi bionique ou encore « bioinspiration » est une science qui consiste à s’inspirer des propriétés du vivant pour fabriquer de nouveaux produits ou pour concevoir de nouveaux processus de fabrication. Le biomimétisme permet, en outre, la fabrication de matériaux non polluants tout en consommant peu d'énergie. Le biomimétisme n’est pas nouveau. Les progrès technologiques, notamment la microscopie à effet tunnel et la modélisation informatique, ont permis de redécouvrir cette science. Ces applications sont nombreuses : matériaux transparents, adhésifs ou producteurs d’énergie....

Les matériaux transparents : du verre minéral au « verre végétal »

Le verre représente le matériau transparent le plus courant mais sa fabrication est très énergivore. Les diatomées sont des micro-algues présentant une coque protectrice transparente appelée frustule. Cette frustule est produite à température ambiante. Les scientifiques cherchent à produire artificiellement la polymérisation de la frustule des diatomées. On ne maîtrise pas encore le façonnage de la coque de diatomée. Celle-ci provient de l’arrangement complexe de molécules de silice contrôlé par des protéines, les silaffines. Afin de maîtriser ce processus, Pascal Jean Lopez de l’École Normale Supérieure (E.N.S.). travaille sur l’expression des gènes des silaffines. L’application la plus attendue d’un tel matériau est la fabrication de billes de verre semi-perméables permettant, par exemple, la diffusion ciblée des médicaments.

Les matériaux adhésifs : de la colle synthétique à la « colle de moule »

La colle synthétique possède une force d’adhérence de l’ordre de 50 kg/cm² mais s’avère très polluante car elle contient de nombreux composés toxiques. La moule sécrète des filaments collants qui lui permettent de se fixer dans l’eau de mer et sur n’importe quel support. Cette sécrétion est commandée par un acide aminé (composant essentiel des protéines), la L – 3,4 dihydroxyphénylalanine (D.O.P.A.). Deux équipes de chercheurs des Universités américaines de Perdue et de Northwestern s’attachent à synthétiser cet acide aminé afin de produire une colle à la fois non toxique et résistante à l'eau. Bien que la force d’adhérence de cette colle soit inférieure (15 kg/cm²) à celle de la colle synthétique, celle-ci trouverait de nombreuses applications notamment comme adhésif dans le domaine médical.

Les matériaux producteurs d’énergie : des panneaux solaires aux plantes vertes

Les panneaux photovoltaïques sont constitués de cellules de silicium qui convertissent l’énergie lumineuse en énergie électrique. La fabrication de ces cellules consomme de l’énergie et de plus, l’énergie produite par celles-ci ne peut être stockée pour une utilisation ultérieure. Ally Aukauloo, chercheur spécialisée dans la photosynthèse artificielle à l’Institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay, s’inspire de la photosynthèse des plantes vertes pour produire de nouvelles sources d’énergie. Comme le chercheur l’affirme, il est illusoire d'espérer reproduire toutes les réactions de la photosynthèse mais on peut s’inspirer de certains aspects. Ainsi, un axe de recherche étudie comment, dans la photosynthèse, l’énergie lumineuse du soleil sépare les électrons et les protons de l’eau pour produire le dihydrogène (H2). Fabriquer industriellement du dihydrogène à partir de l’eau et de la lumière permettrait de produire une énergie à faible coût et quasi inépuisable.

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.

Les matériaux inspirés de la nature

Biomimétique des matériaux : vidéo

Les matériaux issus du biomimétisme : article

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