Journée biomimétisme Ecole des Métiers de l'Environnement Rennes

- 27 mins
Biomimétisme Sciences Rennes

Cours du 10.05.2017 aux ingénieur.e.s diplomé.e.s suivant un cursus supplémentaire de Mastère en éco-conception.

Ces notes sont issues d’une écriture collaborative entre 2 enseignants et les groupes d’apprenant.e.s réalisées en live pendant le cours au format workshop.

Les objectifs pédagogiques principaux:

Ressources pour préparation :

JOURNEE BIOMIMÉTISME EME RENNES - 10 MAI 2017

9h-18h campus de Ker Lann

Public : Bac+5 master

Groupe d’environ 12 personnes

Proposition de déroulé de la journée:

Introduction du Matin

Les règles:

Autogestion

DIY

Workshop club

Présentation du biomimétisme (maxi 10 slides) (30’’ environ) : SLIDES DE PRESENTATION

a- Les grands principes qui régissent le fonctionnement de l’écosystème Terre :

la photosynthèse = absorbe du CO2 et rejette de l’O2 la respiration = absorbe de l’O2 et rejette du CO2

b- Le temps du déploiement du vivant :

Si l’histoire de la terre était ramenée à une année alors le calendrier s’organiserait comme cela:

c- Les origines (quoi? où? comment?)

Le biomimétisme c’est quoi? vient du GREC: “bios= la vie” et “mimesis= imiter”

Le biomimétisme peut être considéré comme une méthodologie et/ou une stratégie d’innovation dans le cadre du développement de projets (ou d’organisation de systèmes) qui s’inspire de ce que la nature à déjà expérimenté et validé pour apporter une réponse pertinente, efficiente et durable/respectueuse de la biosphère. L’objectif majeur étant d’optimiser les flux de matière/d’énergie/d’information pour en perdre le moins possible et utiliser chaque déperdition éventuelle comme nutriments et comme ressources à ces flux. Il y a eu une désynchronisation de ces flux avec la centralisation des processus industriel.

d- Les pionnier.e.s :

Au début du XXe siècle, les principes d’hybridation des univers culturels et des pratiques par l’exemple d’Otto Herbert Schmitt l’on conduit à nommer et clarifier le terme biomimétisme pour décrire un “mode d’exploration du Vivant en tant que source de solutions efficientes et moins coûteuses à de nombreux problèmes.”

Puis la question « profonde » de ce que la nature est en définitive fût traitée par Freya Mathews dans une approche plus holistique

A ce titre, l’écopsychologie, ayant émergé dans les années 90 aux Etats-Unis et encore peu connue en France, tend à remettre le lien primal entre l’humain et la nature au centre du champ de réflexion, en vue de trouver le chemin vers la reconnexion de l’individu avec son environnement naturel. L’objectif étant de remédier à nos addictions et excès induits par nos sociétés modernes (excès de consommation / de technologie…) et de pouvoir ré-actionner les leviers inconscients qui nous permettront de renouer avec le sauvage et d’agir pour la protection de notre “Terre Mère“. L’écopsychologie s’inspire en partie de la “ Théorie Gaïa ” : selon la théorie GAÏA (1974) la vie crée et entretient les conditions propices à la vie.

Plus récemment, à partir de 1998, le biomimétisme en tant que discipline scientifique est démocratisé par Janine Benyus qui en définit les trois principes de base :

“Comment s’inspirer des organismes vivants pour être durable (grâce aux principes du vivant) et accélérer la créativité pour agir plus rapidement dans les transitions à faire-le biomimétisme ou le chemin de la survie” selon Janine Benyus

e- Les principes du vivant 3.8 (Biomimicry) sur lesquels s’appuyer :

ou décroissance et frugalité ?

effectivement la notion de croissance est à remettre dans son contexte de 1997 soit 20 ans en arrière! et la notion de “croissance” au sens littéral (grandir) est à envisager dans la perspective de croître jusqu’au point maximum soutenable par son environnement avant de passer à la “reproduction / duplication”

construire en utilisant une sélection réduite d’éléments (carbone, oxygène…) décomposer ses produits en composés bénins/inoffensifs, pratiquer la chimie dans l’eau

f- Les diverses façons d’appliquer les principes du biomimétisme :

définition de la résilience :

Capacité d’un matériau ou d’un système à s’adapter au sein d’une forme générique donnée en conservant son intégrité initiale avant d’en franchir le seuil. Le franchissement du seuil génère une nouvelle identité et implique donc la sortie de la résilience

Chez un organisme, une espèce ou un écosystème il s’agit d’être en capacité de résister et de surmonter des perturbations importantes (catastrophe naturelle, ou technologique, marée noire, etc.) pour retrouver un fonctionnement normal. La résilience est en général fonction de la diversité et de la complexité des écosystèmes et du patrimoine génétique des individus. Plus la diversité est élevée au sein d’un espèce ou d’un écosystème, plus la résilience, à une pandémie par exemple, sera élevée. Plus une espèce à des interaction symbiotiques avec d’autres espèces plus elle a de chance de pérennité ( cf les travaux d’Eric Karsenti sur les données génétiques des planctons

Prévoir ???

Ce que la nature fait remarquablement bien c’est apporter des solutions locales s’inscrivant dans un écosystème global. Il est heureux de constater que depuis un dizaine d’années maintenant nous tentons également de développer des solutions locales pour des enjeux globaux. Un exemple qui me tient à cœur est celui de la ville de Rotterdam menacée de disparaître à cause de la montée de eaux. Arjan Wardekker a adapté les réponse de résilience de la nature pour résoudre les problèmes d’une ville qui lui est chère. (Wardekker J. et al. (2010) “Operationalising a resilience approach to adapting an urban delta to uncertain climate changes”, Technological Forecasting and Social Change) Voici une approche par la résilience, qui a été développée dans le cadre de la mise en place d’une politique d’adaptation aux changements climatiques.

Les 6 principes de la résilience qui y sont définis sont :

Une chose également importante à préciser : dans “Sur l’origine des espèces” (ou la théorie de l’évolution) de Charles Darwin il est souligné que l’évolution se fait par sélection naturelle, ce sont les animaux les plus adaptés à leur milieu qui survivent. Ce sont donc eux qui auront le plus de chance de se reproduire, et donc de transmettre leurs gènes. Il n’est donc pas question de loi du plus fort ou de compétition… L’entraide est la seconde loi de la jungle : si la pénurie arrive, alors la collaboration s’installe instinctivement.

Le taux de retour énergétique ou TRE ou EROI energy return on investment - mesure le rapport entre la quantité d’energie utilisée par rapport à celle dépensée pour l’obtenir. plus on se rapproche de 1 et plus l’investissement est discutable/ passé sous la barre des 1, l’opération devient injustifiéé énergétiquement parlant (sables bitumineux = TRE 3).

g- Ceci nous amène à distinguer les notions :

Cela introduit la réflexion sur les biomatériaux / ou matériaux bio-sourcés et à la dimension éthique

h- les pièges à éviter

i- Les freins à la durabilité et au biomimétisme

j- Les enjeux environnementaux / sociétaux induits par la pratique du biomimétisme :

K- Quelques exemples concrets d’application ou “comment passer du modèle du vivant inspirant à la modélisation technologique ?”

Les premiers requins sont apparus il y a un peu plus de 400 millions d’années durant le dévonien et ils sont toujours là aujourd’hui, preuve que certaines de leurs caractéristiques évolutives ont été des succès dans le grand jeu de l’innovation de la vie. Pour preuve, la peau des requins est formée de denticules dont la forme et l’agencement empêchent les bactéries et les parasites de pouvoir se fixer en créant une surface instable. C’est en quelque sorte un répulsif bactérien naturel. C’est donc en étudiant au microscope la peau des requins que des chercheurs ont eu l’idée de copier celle-ci afin d’adapter l’innovation de la nature au domaine médical. Imaginez des murs d’hôpitaux enduits d’un revêtement qui peut réduire de 80 % la prolifération d’une bactérie comme E. coli! Les denticules améliorent également l’hydrodynamisme car l’eau s’engouffre dans ces micro-rainures et engendrent de minuscules tourbillons, ou remous verticaux, qui maintiennent alors l’eau près du corps de l’animal. Cela diminue l’effet de résistance du fluide. Le phénomène est connu sous le nom de l’effet Riblet. Ces surfaces rainurées permettent un ralentissement de l’écoulement de l’eau sur la peau et donc un frottement plus faible lors de la nage.

exemple d'utilisation d'innovation bioinspirée par la peau de requin

les concepteurs de chez Mercedes se sont inspirés du poisson coffre, ce poisson qui vit dans les coraux des eaux tropicales, est un excellent modèle pour l’élaboration d’un véhicule à la structure légère et à l’aérodynamisme stupéfiant. Le poisson coffre peut nager très vite (six fois la longueur de son corps chaque seconde) sa rapidité n’est pas uniquement due à sa force. Mais c’est paradoxalement sa forme cubique qui améliore ses qualités aérodynamiques. Les ingénieurs ont construit une maquette de poisson coffre et l’ont testée dans une soufflerie se sont aperçus qu’elle avait une pénétration dans l’air bien meilleure que les voitures compactes. D’après Mercedes, la carrosserie de ce poisson roulant a fait l’objet des plus grands soins afin d’obtenir le meilleur coefficient aérodynamique. Avec un Cx record de 0.19 ce qui en fait la voiture la plus aérodynamique de sa catégorie, ce prototype long de 4,24 m et capable de transporter quatre passagers et leurs bagages. la consommation moyenne de ce prototype s’élève à 4,3 l/100 km, et peut descendre jusqu’à 2,8 l à 90 km/h. Soit une baisse de 20 % de la consommation et de 80 % des émissions d’oxyde d’azote (NOx) par rapport à une berline compacte équivalente. Toujours selon le principe de biomimétisme, sa carrosserie, telle une peau, se compose de multiples panneaux hexagonaux soutenus par une sorte de colonne vertébrale métallique qui assure une rigidité et une résistance aux chocs élevés. Cela a permis également d’abaisser le poids du véhicule.

Poisson-coffre pour un véhicule Mercedes (forme= espace et peu énergivore)

Mercedes Benz Bionic

Le scarabée du désert de Namibie n’a pas accès à l’eau douce pour boire. Comment réussit-il donc à s’hydrater ? Très simple, il parvient à boire l’eau du brouillard, en se servant des petites bosses qu’il a sur le dos et de ses élytres : la carapace de ce scarabée possède en effet des bosses hydrophiles, qui attirent donc l’eau, alternées avec des creux hydrophobes.Lorsque le brouillard se lève sur le désert, le scarabée se positionne dans la direction du vent. Le brouillard forme une vapeur d’eau qui va se concentrer sur les bosses, formant des gouttelettes. Elles se mettent peu à peu à glisser, via les creux, jusqu’à la bouche du coléoptère ! À l’issue de cette observation, les deux zoologues anglais, Andrew Parker et Chris Laurence, ont donc eu l’idée de réaliser des filets capteurs de rosée reproduisant cette technique afin d’en équiper les bâtiments. Ou au nord du Chili par exemple, à El Tofo, l’installation d’une centaine de filets de ce type a permis de récolter chaque jour 15.000 litres d’eau pour les habitants de haute altitude. (photos ok)

scarabé de Namibie (Onymacris unguicularis) pour récupération d'eau de brouillard

La membrane EEL Energy optimise le transfert d’énergie par couplage fluide/structure. Cela induit une ondulation de la membrane. La membrane ondule sous la pression du fluide en mouvement. On transforme ces déformations périodiques de la structure en électricité via un système électromécanique. L’énergie est convertie tout le long de la membrane. Une boucle de pilotage permet d’optimiser la captation d’energie en fonction du courant incident.

Anguille pour une hydrolienne EEL

En s’inspirant de la colle utilisée par les vers de sable, une colle a usage bio-médical à été développée avec des propriétés d’adhésion dans un milieu liquide (visqueux et hydrophobe)

et la production de verre à basse température.

Passage Vittorio - Milan

effet Lotus

2-SPRINT “brise glace” QUEL EST MON RAPPORT AU VIVANT? (15”)

Sortie dehors / immersion nature

ramener l’émerveillement par la découverte des “super-pouvoirs” de la nature! “Le toucher est le plus démystificateur de tous les sens, à la différence de la vue, qui est le plus magique. ”

Possibilité d’organiser un petit “intermède” sur ce que nous évoquent :

Sortie dans le jardin de l'école pour un warm-up et découverte des potentiels de la biodiversité locale

objectifs :

3-Présentation des 5 thèmes du workshop + constitution de groupes pluridisciplinaires

(5-6 personnes) (15” maxi)

organisation de chaque groupe avec :

1 animateur, 1 gardien du temps, 1 rapporteur pour la documentation, 1 maquetteur, 1 pitcheur pour la restitution

objectifs :

Matériel nécessaire pour chaque équipe :

Indications possibles à donner aux participants: a. déterminer la problématique principale / les enjeux sous-jascents / les fonctions auxquelles répondre? b. comment y répondriez-vous ? (en vous basant sur votre imagination / vos connaissances et votre intuition…) c. comment fait la nature pour résoudre ce type de problématique? observer la nature (connaissances personnelles - Ask Nature / sortie dehors…) d. décriver les stratégies du vivant qui répondent le mieux à ces enjeux (documentez votre réflexion et vos analyses) e. définisser une mise en œuvre possible de ces stratégies du vivant appliquée à votre problématique de départ f. envisager les enjeux et rayonnements possible de cette nouvelle application

LES THÉMATIQUES DU WORKSHOP:

  1. Habitat
  2. sortir de l’économie biosourcée
  3. Énergie
  4. Se nourrir / Se soigner
  5. Mobilité

THEME 1 : Habitat

Atelier de design thinking & biomimétisme sur l’habitat Voir :

Facilitation : 1 personne à temps partiel sur 3h

Restitution:

THEME 2 : Sortir de l’économie pétrosourcée

Problématique de départ :

Comment fabriquer à partir de “bio-matériaux” ? À partir de l’observation du scoby (compréhension de la matière et du process pour en dessiner le cycle de vie avec ré investissement dans la biosphère)

Symbiotic Colony Of Bacteria and yeast : https://openbiofabrics.github.io/

Facilitation : 1 personne à temps partiel sur 3h

Matériel complémentaire nécessaire:

Restitution:

THEME 3 : Energie

Problématique de départ:

Comment transposer une autre façon d’utiliser de l’énergie ?

À partir de l’observation et de la manipulation de Mimosa Pudica

“Vendez moi de la lumière pas une ampoule” ( penser = économie de fonctionnalité)

Il s’agit d’observer, d’annoter, de comprendre et fouiller seul web sur le fonctionnement de la Mimosa Pudica puis en déduire une inspiration d’ingénierie pour économie d’énergie dans les besoins humains.

Facilitation : 1 personne à temps partiel sur 3h

Matériel complémentaire nécessaire:

Restitution:

THEME 4: se soigner

Problématique de départ :

Comment se soigner de façon durable ? A partir de la collecte d’informations sur le ver marin arénicole et sur les spécificités de la peau de requin sur le net, Hemarina - l’arénicole

Facilitation : 1 personne à temps partiel sur 3h

Restitution:

OU

THEME 4 : se Nourrir

Problématique de départ :

Comment concevoir un système de production alimentaire sur le site de l’école qui soit inspiré de l’écosystème de la forêt?

À partir de recherches sur le web, et en étudiant et observant les interactions de l’écosystème de la forêt il s’agira de modéliser les flux d’informations, de matières et d’ énergie qui régissent un système résilient.

Facilitation : 1 personne à temps partiel sur 3h

Matériel complémentaire nécessaire :

Restitution :

THEME 5 : mobilité

Problématique de départ :

Comment s’inspirer de “l’algorithme des fourmis” pour optimiser les flux de déchets à l’échelle du territoire ? A partir de la collecte d’informations sur l’algorithme des fourmis extrapolez un modèle d’optimisation des flux de matières / d’informations à l’échelle locale.

Facilitation : 1 personne à temps partiel sur 3h

Matériel complémentaire nécessaire :

Restitution:

4- Warm-Up / intelligence collective (15”)

Faire une structure la plus haute possible avec 5 spaghettis / 1 morceau de ficelle / 5 morceaux de scotch / 1 feuille Objectif: booster l’esprit d’équipe et la réflexion-action avant le démarrage des ateliers

5- Démarrage des ateliers (3-4h)

6-Restitution commune et retour d’expérience en fin de session (de 16h à 18h)

Présents :

Les 3 équipes formées :

THEME 1: Habitat “comment loger 9 milliards d’êtres humains sans abîmer la planète?”

A partir de l’observation et de l’extrapolation du modèle du Baobab Ré-écouter la présentation de Baobuild

LE BRIEF: Dessiner un bâtiment :

Voir également : workshop “comment loger 9 milliards d’êtres humains sans abimer la planète” #3

THÈME 2 : sortir de l’économie pétrosourcée

Problématique de départ:

Comment fabriquer à partir de “bio-matériaux” ?

Ré-écouter la présentation de Scoby

Symbiotic Colony Of Bacteria and yeast : https://openbiofabrics.github.io/

Observation du scoby, compréhension de la matière et du process pour en dessiner le cycle de vie avec ré investissement dans la biosphère. voir : https://oscedays.org/rennes-2015/ notamment schéma final

Lien vers travail groupe : SCOBY

THEME 5 : mobilité

“comment s’inspirer de “l’algorithme des fourmis” pour optimiser les flux de déchets à l’échelle du territoire ?”

Ré-écouter la présentation des fourmis A partir de la collecte d’informations sur l’algorithme des fourmis, extrapolez un modèle d’optimisation des flux de matières / d’informations à l’échelle locale. Voir AskNature et Biomimicy.org

L’ensemble de vos recherches et démarches seront documentés sur un pad collaboratif dédié à chaque thématique. Vous pourrez le compléter au fur et à mesure de l’atelier ainsi qu’après cette journée.

NB: remise en question permanente de l’optimisation du trajet idéal grâce au retour d’information du point de collecte vers chaque camion. (info non centralisée?)

Licence du document

Cours de biomimetisme EME Rennes de Le Biome HackLab et élèves ingénieurs EME est mis à disposition selon les termes de la licence Creative Commons Attribution - Partage dans les Mêmes Conditions 4.0 International

Merci à toutes les personnes qui soutiennent les efforts par leurs dons


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