The Borrowed Nature of Biomimicry

En 1989, les ingénieurs du Shinkansen japonais ont dû résoudre un problème : la vitesse du train dans les tunnels créait des ondes de choc bruyantes. Eiji Nakatsu, directeur du département de développement technique et ornithologue amateur, s'est inspiré du martin-pêcheur, dont le bec unique permet de plonger dans l'eau sans éclaboussures. Le nez du nouveau Shinkansen fut modelé sur le bec de cet oiseau, rendant le train plus efficace et silencieux. C'est un exemple classique de biomimétisme, où la nature inspire des solutions de design humain. Kurt Kolstad, expert en design, souligne que le biomimétisme est un concept inspirant, souvent illustré par des histoires comme celle du Velcro, inspiré par les bardanes. Cependant, la relation entre la nature et l'inspiration humaine est souvent plus complexe qu'il n'y paraît. Prenons l'exemple du tunnel sous la Tamise, à Londres, au début du 19e siècle. La ville, déjà la plus grande du monde, avait besoin d'un nouveau passage pour traverser la Tamise. Un pont était impossible en raison de la géographie et du port. La seule alternative était un tunnel, mais les techniques minières traditionnelles échouaient sous le fleuve. Marc Brunel, un ingénieur, avait même conclu que de telles tentatives étaient vaines. Cependant, en 1812, Brunel eut une révélation en observant une pièce de bois de quille de navire infestée par le taret, un mollusque bivalve. Contrairement à un ver, le taret est un mollusque spécialisé dans le forage de trous. En examinant les tunnels créés par le taret, Brunel remarqua leur stabilité remarquable, même dans le bois gorgé d'eau. Il comprit que le taret creusait et renforçait simultanément son tunnel. Brunel réalisa que les mineurs, qui creusaient puis s'arrêtaient pour installer des supports, ne pouvaient pas réussir sous la Tamise, car le moindre décalage entre le creusement et le renforcement pouvait entraîner un désastre. En 1818, il breveta une machine inspirée du taret, capable de creuser et de renforcer simultanément. Sa pièce maîtresse était un "bouclier de tunnelage", un cadre massif en fonte pressé contre la face d'excavation. Des mineurs travaillaient sous ce bouclier, tandis que des briqueteurs érigeaient les murs du tunnel derrière eux. Le bouclier avançait, et les sections exposées étaient immédiatement consolidées avec des briques. Ce processus continu, comme celui du taret, permit de construire le tunnel. Bien que la technologie de l'époque ne permette pas une automatisation complète, le travail manuel, bien que long et difficile, aboutit. En 1843, Brunel acheva le tunnel de plus de 300 mètres sous la Tamise, le premier tunnel sous-fluvial au monde. Son bouclier de tunnelage a influencé les technologies de tunnelage ultérieures, notamment pour le métro de Londres et les tunnels de New York. Les machines modernes ont même convergé davantage vers le modèle du mollusque, en plaçant des panneaux de béton préfabriqués. Cependant, toutes les histoires de biomimétisme ne sont pas aussi claires. L'exemple de la Mercedes-Benz Bionic, présentée en 2005, est un cas plus ambigu. Mercedes affirmait que son concept-car s'inspirait du poisson-coffre, un poisson de forme cubique. L'idée était de modéliser une voiture sur un organisme entier, plutôt que sur une seule caractéristique. Le poisson-coffre, bien que d'apparence peu aérodynamique, fut choisi après des recherches scientifiques, notamment une étude de l'UCLA, Caltech et Woods Hole, qui montrait que ses arêtes latérales (quilles) créaient de petits remous stabilisateurs. Les ingénieurs de Mercedes firent leurs propres tests sur des modèles 3D, concluant que le poisson-coffre représentait un "idéal aérodynamique". La Bionic, une voiture relativement cubique avec des arêtes latérales, fut un succès médiatique et fut exposée au MoMA. Pourtant, la Bionic resta un concept-car et ne fut jamais commercialisée. Dix ans plus tard, de nouvelles recherches, menées par Sam Van Wassenburg, révélèrent que si la partie avant du poisson-coffre était aérodynamique, ses propriétés aérodynamiques étaient totalement déstabilisées lors des virages. La véritable force du poisson-coffre résidait dans sa maniabilité, pas dans son aérodynamisme. Il était en fait l'un des pires poissons pour modéliser une voiture rapide et stable. Mercedes-Benz, cependant, continue de promouvoir le poisson-coffre comme ayant une "forme de corps très profilée" sur sa page web officielle. Cette histoire du poisson-coffre est plus typique des échecs ou des simplifications du biomimétisme, où l'inspiration naturelle est utilisée pour le marketing plutôt que pour de réelles avancées technologiques. Un autre exemple est la bouteille d'eau inspirée du scarabée du désert de Namibie, qui est censée collecter l'eau de l'air. Bien que cette idée ait reçu une large couverture médiatique, le produit n'a pas été commercialisé. Notre dernière histoire concerne les panneaux en nid d'abeille, omniprésents dans l'aérospatiale. Ces structures hexagonales, présentes dans les avions Boeing ou la NASA, sont souvent considérées comme inspirées par les abeilles. Cependant, l'admiration pour la structure hexagonale des nids d'abeilles remonte à l'Antiquité. Dès 37 av. J.-C., des géomètres avaient établi que les hexagones sont l'une des trois formes (avec les carrés et les triangles) qui peuvent carreler une surface sans interstices et qui offrent le plus d'espace par unité de bord, nécessitant le moins de matériau. Les abeilles et les ingénieurs sont arrivés à la même solution efficace. Au 19e siècle, certains naturalistes voyaient dans les abeilles des "mathématiciens instruits par le ciel". Darwin, en revanche, y voyait une menace pour sa théorie de l'évolution. Il s'est demandé comment les abeilles parvenaient à une géométrie parfaite. Ses recherches, détaillées dans "L'Origine des espèces", ont montré que les abeilles ne construisent pas directement des hexagones. Elles creusent des trous ronds qui, lorsqu'ils sont agencés en grille, se rencontrent et se poussent mutuellement, créant naturellement des murs plats et, par conséquent, des formes hexagonales. Darwin admirait les nids d'abeilles comme des exemples étonnants du pouvoir de l'évolution, soulignant leur efficacité à stocker le miel avec un minimum de cire. Lorsque les panneaux hexagonaux furent créés un siècle après Darwin, ils furent naturellement nommés "panneaux en nid d'abeille". La question est de savoir si les ingénieurs aéronautiques s'inspiraient de la logique des abeilles ou de l'héritage des chercheurs humains. La réponse est probablement "les deux", une ambiguïté que Kurt Kolstad apprécie. L'histoire ne s'arrête pas là. À la fin des années 2010, Dhruv Bhatté, expert en impression 3D, s'est interrogé sur les nids d'abeilles. Il a consulté l'entomologiste Clint Pennick, qui a souligné que les ingénieurs n'avaient souvent jamais vu de vrais nids d'abeilles. En examinant des nids d'abeilles réels, ils ont constaté des différences par rapport aux structures rigides fabriquées par l'homme, notamment des intersections plus courbes, conformes à la manière dont les abeilles creusent des trous ronds. Clint et Dhruv ont utilisé l'impression 3D pour reproduire ces courbes, découvrant qu'elles offraient de réels avantages structurels. Ils ont obtenu un financement de la NASA pour examiner plus en détail des nids d'abeilles de dizaines d'espèces d'abeilles et de guêpes, documentant des variations dans l'épaisseur des murs et la façon dont les nids se rejoignent. Ces détails ont montré des éléments de performance avec un potentiel pour des applications aérospatiales. Même à l'ère spatiale, nous continuons d'apprendre des abeilles. Cette richesse de l'histoire du nid d'abeille, où la créativité humaine et la nature entretiennent une conversation complexe, est bien plus intéressante que les récits simplistes de biomimétisme.