samedi 5 mars 2011

La bionique : quand l'expert est la nature

Les machines de la nature sont un nombre d'organes véritablement infini, et sont si bien munies et à l'épreuve de tous les accidents qu'il n'est pas possible de les détruire. (Gottfried Wilhelm Leibniz)
Les êtres vivants, à commencer par les cellules, sont des objets considérablement plus complexes que toutes les machines développées par l'être humain jusqu'à ce jour. Il ne faut donc pas s'étonner que l'étude des êtres vivants conduise à découvrir que la nature a trouvé des tas de solutions originales pour résoudre les divers problèmes que ces êtres rencontrent. Et la nature est une source d'inspiration pour l'ingénieur.

Une démarche de médiation technique

La bionique est la science qui étudie les phénomènes biologiques pour développer des applications technologiques à des problématiques non biologiques. Elle revient ainsi par définition à transmettre les connaissances d'un "expert", la Nature, à un autre domaine d'activité humaine. C'est donc une forme de médiation technique particulière.
Les applications de la bionique sont variées. On peut prendre comme premier exemple le domaine informatique, avec l'utilisation d'algorithmes inspirés de l'évolution (algorithmes génétiques, simulation par essaims) pour optimiser un problème numérique, ou de réseaux de neurones artificiels qui simulent la structure des réseaux de neurones biologiques pour des tâches comme la reconnaissance de motifs pour lesquels ces structures se révèlent performants. Dans une application moins glorieuse, les virus informatiques font régulièrement l'actualité.
Mais les applications bioniques touchent plus régulièrement des domaines plus concrets. Ainsi, la feuille de lotus est connue pour être particulièrement hydrophobe (l'eau glisse dessus sans la mouiller), et l'analyse de cette feuille a permis de comprendre que celle-ci est très hydrophobe grâce à sa rugosité microscopique, ce qui a conduit des ingénieurs à texturer de la même manière les surfaces qu'ils souhaitaient rendre très hydrophobes.
De la même manière, c'est l'observation commune que les fleurs de bardane s'accrochent aux pantalons des randonneurs qui a conduit Georges de Mestral, un ingénieur suisse, à inventer le velcro.
On pourrait aussi citer toutes les structures déployables inspirées des fleurs et des feuilles, les capteurs de déformations imaginés suite à l'observation des insectes, la réduction de la traînée des bateaux grâce à l'utilisation de rivets mimant la texture de la peau du requin, les colles sous-marines basées sur les principes d'adhésion des moules...
Le graphique suivant est tiré de l'article "Systematic technology transfer from
biology to engineering
" de Julian Vincent et Darrell Mann de l'université de Bath (http://www.bath.ac.uk/mech-eng//biomimetics/TRIZ.pdf). Il illustre qualitativement les différentes solutions technologiques pour assembler deux éléments avec leur capacité à être réutilisées et la force de l'assemblage attendue. Les technologies issues de la nature y tiennent une bonne place.
Un outil de créativité

Un problème technique que peut rencontrer une entreprise peut avoir été résolu par un professionnel, mais si ce n'est pas le cas, il peut être intéressant de chercher si dans la nature un tel problème ne se rencontre pas, car l'évolution a souvent permis aux espèces concernées par ce problème d'en venir à bout par une stratégie ou une structure adaptée.
Dans cette situation, le rôle de médiateur technique est joué par le biologiste spécialiste de l'espèce concernée (zoologue, botaniste, ethologue, écologue...), qui l'a observée et qui a décrit sa solution ou sa stratégie.
Il est rare que dans cette situation la technique biologique se transpose directement en technique industrielle, et généralement un effort de recherche et développement (R&D) est nécessaire. Mais que d'effort de R&D peut être épargné en disposant d'un principe de solution, plutôt que de partir d'une feuille blanche !