Dérèglement climatique, pollution atmosphérique, artificialisation des sols, extinctions massives d’espèces, diminution de la diversité génétique, surexploitation des ressources naturelles… Ces phénomènes caractéristiques de l’Anthropocène sont les conséquences de l’acte d’une seule et même espèce non encore menacée de disparition. Mais pour combien de temps ?

Déconnecté progressivement de la nature, aveuglé par la soif d’industrialisation, par méconnaissance, suffisance ou indifférence, l’Homme n’a cessé de vouloir accroître sa domination sur les autres espèces, amplifiant sans cesse sa volonté de puissance et croyant pouvoir puiser sans retenue dans les ressources naturelles. A l’heure où l’empreinte écologique de l’espèce humaine surpasse le pouvoir de résilience de la nature, à l’heure où l’Homme prend conscience que son confort de vie pourrait être amoindri,  force est de constater qu’il est désormais temps de réinventer notre façon d’habiter sur la planète Terre. Mais imaginer de nouvelles solutions impose à l’esprit humain un effort considérable de renouveau et d’inspiration, un effort surhumain.

Surhumain. Cet adjectif avec lequel on qualifie généralement les personnages de science-fiction, transporte dans son sillon l’intime volonté de se substituer à ses propres barrières physiques et psychiques. Les personnages tel que Batman, Superman, Spiderman font rêver grâce à leur force herculéenne, leur vision longue distance ou encore leur capacité à s’élever au-dessus des nuages. Mais lorsque l’esprit des rêveurs revient sur Terre et après un court effort d’observation il est aisé de se rendre compte que ces super-pouvoirs ne sont pas si irréels. Insectes, chiroptères, oiseaux … Durant 3,8 milliards d’années, la vie a appris à voler, à vivre sous terre et dans les profondeurs de la mer, à fluorescer dans la pénombre, à grandir sous les rayons du soleil et à donner naissance à des descendances douées d’intelligence. Par le biais des différentes interactions biologiques et riches de leur mémoire génomique, les organismes sont parvenus à créer des écosystèmes sous des températures et des pressions stables qui ont permis l’établissement progressif des cycles biogéochimiques. En d’autres termes, les êtres vivants ont réussi tout ce que l’Homme souhaite faire sans appauvrir leur terre mère ou hypothéquer les ressources de leurs successeurs.

Et si les vrais super-héros s’appelaient coccinelles, séquoias, marguerites ou bien pandas, chouettes hulottes, capucines, mycorhizes, ou marmottes ?

A travers la définition du biomimétisme, de ses origines, de ses différents niveaux d’inspiration illustrés d’exemples tout droit sortis du théâtre de la vie, cet article tentera de montrer comment le biomimétisme trouve sa place dans la société française engagée dans une transition à la fois énergétique et écologique.

 

 

De la bio-assistance au biomimétisme

D’une vision anthropocentrée de la nature …

A l’aube de son existence il y a quelques 1,8 millions d’années, l’espèce humaine fut d’abord dépendante de sa propre force pour survivre et se reproduire. L’Homme a su appréhender les ressources présentes dans son environnement pour accroître ses aptitudes et étendre son aire de répartition. Ainsi, l’Evolution ne repose plus uniquement sur le simple fruit du métabolisme corporel, mais s’accompagne d’une bio-assistance, encourageant l’Homme dans son ambition d’expansion. L’apprivoisement du feu pour se nourrir et se réchauffer, la domestication des plantes et des animaux pour s’émanciper de la chasse et de la cueillette, plus tard l’utilisation du couple charbon-vapeur pour se déplacer puis l’exploitation de l’énergie nucléaire sont autant de progrès qui ont guidés l’Homme vers la construction d’une société industrielle. Cet engouement perpétuel pour le progrès l’a progressivement ancré dans une dépendance énergétique (Leopold & Hutchins, 2016), à tel point qu’ « on croit que l’homme est libre … [mais] on ne voit pas la corde qui le rattache au puit, qui le rattache comme un cordon ombilical, au ventre de la terre » (Antoine de Saint Exupéry). Poussé par cette avidité motrice, enivré la par la recherche de richesses souterraines toujours plus attrayantes, l’Homme a fait naître, à coup de pelles et de pioches, de nombreuses civilisations. Un constat demeure cependant : ces grandes cités anthropiques ont fini par collapser. Sur les ruines et les décombres, longtemps après que les chercheurs d’or et les travailleurs de la pierre aient rendu leurs armes, seul l’ours se tient debout sur ces deux jambes et le léopard s’abreuve dans les rares flaques qui subsistent (Loren Eisley). Les véritables survivants sont les habitants de la Terre qui ont vécu des millions d’années sans entamer leur capital écologique, la source d’où jaillit toute l’abondance.

 

… à la remise en cause de notre mode de réflexion

Pourquoi les êtres vivants sont-ils résistants ? Au cours des dernières 600 millions d’années, la vie a connu 60 périodes d’extinction dont 5 crises majeures. Elle a traversé de longues époques stables et platoniques, mais également des crises catastrophiques qui ont précédées des épisodes de spéciation intense. Prendre conscience de ces capacités d’adaptation, de résistance et de résilience est une première étape dans l’appréhension de la réalisation de notre transition énergétique et écologique. En effet, dans une société accoutumée à dominer ou à « vouloir améliorer » la nature, reconnaître les qualités de la sphère sauvage pour s’en inspirer est une approche radicalement nouvelle, une véritable révolution. Contrairement à la révolution industrielle, l’innovation par le vivant ouvre une ère qui ne repose pas sur ce que nous pouvons prendre dans la nature, mais bel et bien sur ce que nous pouvons en apprendre. Une certaine leçon d’humilité serait bonne à prendre au regard des prouesses nonchalamment accomplies par nos colocataires non humains et que nous ne pouvons qu’idolâtrer.

Comment les pollinisateurs, les oiseaux ou encore les tortues s’orientent-ils sans GPS ? Comment les mammifères marins ou même les manchots peuvent-ils plonger sans scaphandre ? Comment les libellules font-elles pour surpasser les hélicoptères les plus performants ? Comment les colibris traversent-ils le Golfe du Mexique avec moins de trois grammes de carburant ?

Transformer les limites en opportunités, telle est la stratégie du vivant. Consciente de devoir adapter son fonctionnement à un échantillon restreint de conditions météorologiques, soucieuse de devoir récolter selon la capacité de charge de la terre et de maintenir un équilibre énergétique, la vie déploie ses couleurs avec virtuosité, utilisant les limites comme une force, un mécanisme de focalisation. Devant ce chef d’œuvre, certains scientifiques sont convaincus que les innovations qui s’appuient sur la nature offrent un moyen de sortir de l’abîme où nous sommes tombés.

Nous déployons toujours nos outils au service d’une philosophie ou d’une idéologie. S’il nous faut l’employer dans le sens d’une meilleure intégration sur Terre, notre relation fondamentale à la nature, y compris l’histoire que nous nous racontons sur notre place dans l’univers, doit changer. La philosophie, un levier d’action vers la transition biomimétique ?

« Il n’y a pas grand-chose à apprendre de la ville. Il est temps de retourner marcher dans la forêt »
Peter Wohlleben, La vie secrète des arbres

 

Définir le biomimétisme

Le biomimétisme est un concept apparu timidement dans la sphère scientifique à la fin des années 90.  Grâce à sa sémantique plutôt évocatrice, on se doute qu’il définit une approche consistant à étudier la nature sous toutes ses formes pour s’en inspirer et en tirer des développements technologiques novateurs pour mettre au service de l’être humain. Celle qui va cependant rendre au biomimétisme ses lettres de noblesse se nomme Janine M. Benyus. Scientifique américaine, diplômée en gestion des ressources naturelles, elle est reconnue par ses pairs et trône sur la scène internationale comme la fondatrice du biomimétisme. A travers ses travaux, elle parvient à promouvoir l’ingéniosité de la nature et rejoint les propos de J.F Kennedy qui affirmait que « les problèmes du monde ne peuvent pas être résolus par des sceptiques ou des cyniques dont les horizons se limitent aux réalités évidentes ». Dans son livre « Biomimicry, innovation inspired by nature » publié en 1997, traduit en français en 2011,  Janine M. Benyus définit le biomimétisme comme une « démarche d’innovation qui fait appel au transfert et à l’adaptation des principes et stratégies élaborés par des organismes vivants et les écosystèmes, afin de produire des biens et des services de manière durable, et rendre les sociétés humaines compatibles avec la biosphère. […] Contrairement à la révolution industrielle, la révolution biomimétique ouvre une ère qui ne repose pas sur ce que nous pouvons prendre dans la nature mais sur ce que faire les choses à la manière de la nature offre en effet la possibilité de changer notre façon de cultiver, de fabriquer des matériaux, de produire de l’énergie, de nous soigner, de stocker de l’information et de gérer nos entreprises ». En 2015, Gilles Bœuf (président du Muséum national d’Histoire naturelle) complète cette définition : « Prenant pour support d’analyse le vivant, la biomimétique traduit par un effort d’abstraction, les modèles biologiques analysés en concepts techniques ou développement industriels. Par construction, il s’agit donc d’une démarche interdisciplinaire sollicitant science fondamentale et science de l’ingénieur » (Boeuf, 2015). A travers son livre, Janine M. Benyus promeut le biomimétisme au rang de discipline, nous ouvre les portes de son voyage initiatique et incite les ingénieurs à mieux observer la nature à travers trois angles d’inspiration différents.

 

 

Trois niveaux d’inspiration d’exigence croissante

Les ingénieurs peuvent aller chercher l’inspiration dans trois domaines d’exigence croissante, du plus simple en imitant les formes et les structures du vivant,  au plus complexe et imitant les fonctions organiques ou encore l’organisation des écosystèmes.

 

Les formes adoptées par les êtres vivants

Dans la nature, forme est synonyme de fonction. Point de coquetterie inutile, rien n’est laissé au hasard. Chaque organe a évolué au cours des générations sous le prisme des forces évolutives pour répondre à un besoin fonctionnel d’adaptation à un milieu donné. Intégrer le concept de forme fonctionnelle, s’affranchir du dogme de l’esthétisme et de la valeur monétaire d’un produit en se concentrant  sur l’action visée est moteur d’efficacité de réflexion. Le cheminement de la pensée bio-inspirée initié par la question « Quelle fonction dois-je donner à mon objet pour qu’il réponde à mon besoin et sous quelles conditions? » converge ensuite vers « Sous quelle forme la nature répond-elle à un tel besoin et quelle stratégie la nature adopte-elle pour répondre à ce besoin ? » pour aboutir au choix d’un modèle biologique pertinent. Une brève analyse des contraintes aide par la suite à identifier un modèle biologique pertinent.

C’est grâce à cette réflexion méthodique que nous devons l’invention du Velcro, fixation auto-agrippante inspiré des fleurs de bardane dont les bractées équipées de petits crochets s’agrippent au pelage des animaux et permettent une dispersion par zoochorie. A plus grande échelle, le train à grande vitesse Shinkansen 500 fut dessiné par référence au bec et à la tête du martin-pêcheur qui a la capacité de passer très rapidement d’un milieu peu dense (l’air) à un milieu plus dense (l’eau). Les avions modernes ont des extrémités d’ailes inspirées des vautours, ces « winglets » installés pour diminuer la consommation de carburant qui s’inspirent du fait que les grands rapaces en vol relèvent leurs rémiges du bout des ailes pour mieux se stabiliser et économiser leur énergie. Les formes bio-inspirées sont utilisées aussi bien dans la production d’objets usuels que de biens d’équipement ou d’énergie. Les pales d’éoliennes inspirées des nageoires de baleines, complétées par des peignes inspirés des plumes de hibou pour fendre l’air en silence et réduire les nuisances sonores occasionnées.

 

Les matériaux et les processus de « fabrication » opérant chez les êtres vivants

Hérité de l’âge industriel, la chimie pétrolière est devenue le moyen par lequel nous construisons tout. Chauffer, mettre sous pression, traiter chimiquement est devenu le leitmotiv de notre industrie. Du côté de la nature, l’élaboration de la matière s’effectue dans des conditions qui respectent la vie : grâce à l’eau, aux rayons du soleil, à température et pression ambiantes, sans produit toxique ni consommation abusive d’énergie. Pourtant, aucune concession n’est faite sur la qualité et la complexité des matériaux produits par la nature, ce qui ne peut que nous rendre envieux. Ces solutions biologiques sophistiquées testées au fil de millions d’années, riches d’une mémoire génomique de réussite sont conçues pour répondre aux pressions de sélection.

Développée en milieu marin, la coquille des ormeaux est par exemple deux fois plus solide que nos céramiques de haute technologie. Le mucus sécrété par les moules résiste à l’eau et adhère à tout. Sur terre, l’exemple le plus connu est la soie d’araignée, cinq fois plus résistante que l’acier et inspire la création de nouveaux textiles pour la conception de gilets pare-balles. Citons encore la corne du rhinocéros, qui même dépourvue de cellules vivantes parvient à se régénérer.

Dans son livre, Janine Benyus se penche du côté de la filière énergétique, où les biomiméticiens s’inspirent de la photosynthèse pour tenter de produire de l’hydrogène à partir de l’énergie solaire. Reproduire artificiellement cette réaction constitue l’un des plus grands défis de la transition énergétique. La première étape de la photosynthèse (qui consiste à capter les photons lumineux et à dissocier les charges électroniques) a déjà inspiré la création d’une nouvelle génération de cellules photovoltaïques. La seconde étape quant à elle, utilise les charges préalablement générées pour conduire des réactions chimiques qui aboutissent à la production d’oxygène et d’hydrogène. Pour parvenir à ces fins, les chimistes humains sont contraints à l’utilisation de métaux rares et onéreux tel que le platine, l’iridium ou le palladium. Les végétaux sont quant à eux pourvus d’enzymes ne contenant que des métaux abondamment  accessibles dans les enveloppes supérieures de la croûte terrestre.

Photosynthèse artificielle, chimie éco-inspirée… Des exemples issus de la nature qui doivent être approfondis pour promouvoir la montée de l’industrie basée sur la biologie et la biotechnologie, qui jointe à la montée des nanotechnologies sera un des ressorts de la prochaine révolution industrielle (Centre Européen d’Excellence en Biomimétisme de Senlis, Juillet 2018).

 

Communiquer, s’organiser et  à la manière des écosystèmes

Les interactions au sein des écosystèmes naturels s’appuient sur des cycles fermés, des boucles de rétroaction, des redondances, des sous-systèmes auto-adaptatifs et la variabilité. Ils fonctionnent grâce à un jeu d’interactions simplement complexes au sein duquel chaque individu apporte sa pierre à l’édifice. Véritable réseau souterrain, le sol forestier est un lieu de communication, d’échange et de transaction qui garantit le maintien de conditions de vie idéale pour le développement de chacun et permet au plus grand nombre de s’épanouir et de vieillir. Dans les forêts tempérées, les chênes se protègent de l’attaque des chenilles en synthétisant de grandes quantités de tanin qu’ils relaient par voie racinaire à leurs voisins pour les prévenir du danger. Le message est ensuite transmis par les hyphes des champignons aux individus plus éloignés (Wohlleben, 2017). De l’autre côté de la Méditerranée dans la savane africaine, les acacias utilisent un langage olfactif secret pour se protéger des girafes : en dégageant de l’éthylène avertisseur relayé par le vent, les acacias avertissent leurs congénères d’un danger imminent les incitant à gorger leurs feuilles de substances toxiques pour les rendre non comestibles par leurs prédateurs. Une communication interactive efficacement ciblée sans publicité distrayante qui renforce les liens dans une communauté où chacun trouve sa place dans la hiérarchie trophique. Clé de la performance écosystémique, la variabilité des individus et de leurs besoins permet une gestion juste des ressources sans excès ni manque, ni risque d’épuisement des stocks. Les déchets de certains sont les ressources d’autres et alimentent les différents compartiments. Des principes repris par l’ADEME dans l’élaboration des piliers de l’économie circulaire : 1. L’utilisation modérée et la plus efficace possible des ressources non renouvelables 2. L’exploitation des ressources renouvelables respectueuse de leurs conditions de renouvellement 3. L’éco-conception et la production propre 4. Une consommation respectueuse de l’environnement 5. La valorisation des déchets en tant que ressources 6. Le traitement des déchets sans nuisance. .. Rien de plus évident pour nos voisins non-humains, mais bien plus contraignant pour nous autres citadins.

Les stratégies bio-inspirées appliquées à la construction des villes durables visent à repenser la ville comme un écosystème qui devrait fournir, a minima, les mêmes niveaux de performance écologique que l’écosystème natif. Dans cette nouvelle perspective de développement urbain, les bâtiments et autres structures artificielles seraient localement adaptés et fonctionneraient comme des organismes ou des écosystèmes naturels, assurant l’accueil de la biodiversité, la capture, la purification et le stockage des eaux de pluie, la conversion de la lumière du soleil et de la force du vent en énergie utilisable et celle du dioxyde de carbone en oxygène, la protection des sols contre l’érosion, l’élimination des déchets…

 

 

La place du biomimétisme dans un monde en transition

S’il est un domaine dans lequel le biomimétisme doit être considéré c’est le développement durable. Le biomimétisme en tant que démarche et méthodologie d’innovation est transversal par nature et d’intérêt pour presque tous les secteurs d’activités : transport, textile, énergie, industries… il suffit de savoir où regarder pour s’inspirer.

En matière de transport, les bancs de poissons composés de milliers d’individus se déplaçant à une vitesse fulgurante sans jamais se percuter sont un modèle potentiel pour les gestionnaires du trafic routier qui tentent de gérer le problème des embouteillages. Pour la logistique de gestion des flux de marchandises, les myxomycètes (organismes unicellulaires plus communément connus sous le nom de moisissure) font partie des modèles biologiques les plus inspirants : elles développent un front de croissance qui se ramifie en de multiples tubes qui puisent les nutriments et les redistribuent dans tout l’organisme selon un réseau efficacement optimisé.

Dans le domaine du bâtiment et de la construction c’est une véritable ménagerie qui pourrait être observée pour inspirer : isolation inspirée du pelage des ours polaires, matériaux de construction conçus et superposés à la manière des écailles du pangolin (qui allient souplesse et rigidité et lui prodiguent une protection à la fois efficace contre les prédateurs et contre les piqûres de fourmis dont ils se nourrit), système de récupération d’eau de pluie conçu comme un scarabée du désert … les exemples bio-inspirés alliant efficacité énergétique en un minimum de dépenses et  de ressources utilisées regorgent aussi bien dans le monde animal que végétal.

Les mailles de textiles anti-sudation bio-inspirés des pommes de pins (la conformation de leurs écailles changent en fonction des conditions d’humidité) changent de conformation pour laisser échapper la sueur par évaporation.

Dans le secteur de l’énergie, les organismes sont les champions de la sobriété énergétique. Mais s’inspirer de leur morphologie ou de leur mode de mouvance apparaît être une toute aussi bonne stratégie. Chez certains poissons, l’énergie issue des mouvements musculaires est captée et ré-employée pour leur propulsion. Cette capacité associée à une morphologie aérodynamique est un exemple remarquable d’efficacité énergétique dans le domaine des transports. Dans le secteur des énergies renouvelables, Jean-Baptiste Drevet, président de la société EEL ENERGY, a développé une hydrolienne à membrane ondulante inspirée du mouvement natatoire des poissons.

Le biomimétisme se veut un outil au service du développement durable et justifie l’engouement croissant pour cette discipline à l’échelle internationale. En France, ce sont plus de 175 équipes de recherche qui travaillent sur le sujet du biomimétisme et plus d’une centaine d’entreprises issus de secteurs d’activité divers qui font appel à cette démarche. Cet engouement pour le biomimétisme est porté en France par le CEEBIOS (Centre Européen d’Excellence en Biomimétisme de Senlis), réseau national de compétence en biomimétisme qui fédère un réseau d’experts et développe les ressources indispensables à l’intégration de la démarche par des acteurs aussi bien public que privés. Le biomimétisme bénéficie également des encouragements du Ministère de la Transition Ecologique et Solidaire qui promeut depuis 2012 et l’« Etude de la contribution du biomimétisme pour une économie verte en France » (Délégation au développement durable (DDD) Commissariat général du développement durable (CGDD), 2012) la démarche biomimétique en R&D sous diverses formes.

 

 

Conclusion

Le biomimétisme s’illustre comme une reconnaissance de la nature et de ses qualités, de ses fonctions et des services qu’elle peut rendre à notre société. L’essor plutôt récent du biomimétisme est encouragé par les avancées de la biologie moléculaire et des technologies en matière d’appareils de mesures en laboratoire qui permettent l’observation du vivant à des échelles toujours plus minuscules. Au-delà d’une discipline, le biomimétisme est une manière innovante de penser le monde et les avancées, un moyen de réintégrer un brin d’essence de vie dans un monde bétonné, une stratégie de pensée qui abolit les barrières entre les différents secteurs et surtout celle que l’Homme a progressivement construit (N’est-ce pas Alexandre Dumaine ? (Dumaine, 2018)).

Il est néanmoins prudent de garder à l’esprit quelques précautions quant à la pratique du biomimétisme : dénuée de vigilance, « la bio-inspiration peut aussi renforcer le rapport utilitariste à la nature qui, on le constate tous les jours, est source de tant d’excès et de désastres environnementaux et humains » (Nicolas Thierry, vice-président du Conseil Régional de la région Nouvelle Aquitaine en charge de l’environnement et de la biodiversité). Employées à mauvais escient, les innovations biomimétiques pourraient générer des impacts lourds de conséquences sur l’environnement. L’écoconception ne doit pas être occultée dans ce processus innovant et s’avère être une alliée pour mener à bien cette transition inspirée du vivant. La Nature comme modèle certes, mais laissons-lui la liberté de conserver son jardin secret.

 

par Pauline Millot (IGE 2018)

 

Références

Benyus, J. M. (2011). Biomimétisme, quand la nature inspire des innvoations durables. L’écopoche.

Boeuf, G. (2015). Biomimétisme et bioinspiration.

Centre Européen d’Excellence en Biomimétisme de Senlis. (Juillet 2018). Biomimétisme en France – Un état des lieux.

Délégation au développement durable (DDD) Commissariat général du développement durable (CGDD). (2012). Etude sur la contribution du biomimétisme à la transition vers une économie verte en France : état des lieux, potentiel, leviers. Paris: Ministère de l’Ecologie, du Développeent durable et de l’énergie.

Leopold, B. D., & Hutchins, M. (2016). Impact of wind energy on wildlife : synthesis. Human – Wildlife interactions, 81-82.

Wohlleben, P. (2017). La vie secrète des arbres. Les Arènes.

Dumaine, A. (2018). Tous des autruches ?. Blog de l’ISIGE – MINES ParisTech, [disponible], https://blog-isige.minesparis.psl.eu/2018/10/30/tous-des-autruches/