Courseworks

La Biomimtrie

Depuis moins d’un si�cle, le monde industriel se dirige vers des m�thodes plus �cologiques pour fabriquer des mat�riaux. Un nouveau champ d’�tude appel� le biomim�tisme consid�re les structures de la nature et les fa�ons de produire ces structures pour que les ing�nieurs et les designers puissent utiliser ces connaissances pour r�aliser des projets plus verts. Les solutions �cologiques dans le domaine d’ing�nierie sont importantes � rechercher parce que les humains ne peuvent pas continuer de polluer le monde sans cons�quence.Les objectifs poursuivis par ce projet sont d’�tudier l’histoire du biomim�tisme, les diff�rents exemples des structures et des technologies bioinspir�e, et de faire des liens entre le biomim�tisme et mon champ d’�tude – l’ing�nierie structurelle. Je suis int�ress� � trouv� moi-m�me des solutions pour ing�nier des �difices qui emploient des mat�riaux fabriqu�s sans pollution et qui peuvent produire plus d’�nergie qu’ils ne consomment.Le premier dossier de presse “Intelligence de la Nature” est � propos de l’histoire du biomim�tisme, il donne des exemples de recherches biomim�tiques et explique comment le biomim�tisme devient de plus en plus populaire. Les recherches biomim�tiques ont commenc� aux temps de l’antiquit� grecque, quand les intellectuels fameux se sont int�ress�s au design des animaux. M�me L�onardo da Vinci a �tudi� les ailes des oiseaux quand il a invent� sa machine pour voler durant la renaissance. Presque toutes ces inventions bioinspir�e n’ont pas produit des r�sultats avantageux, alors au tournant du XXe si�cle les ing�nieurs, les chimistes et les designers croyaient que l’artificiel �tait sup�rieur au naturel.Le monde industriel a commenc� � fabriquer des structures et des mat�riaux qui �taient distingu�s de ceux de la nature. Le biomim�tisme actuellement devient tr�s populaire et les scientifiques croient que c’est l’�ge d’or pour les technologies bioinspir�es. C’est � cause des avancements de la science comme la microscopie et une aspiration � la durabilit� que le biomim�tisme devient plus r�pandu. Les premi�res inventions bioinspir�es avec succ�s sont le Velcro et la r�alisation d’un train japonais qui est super a�rodynamique en 1950. Quelques-uns des objectifs actuels des scientifiques sont les recettes pour produire du b�ton, du verre et de la colle compl�tement organique.Pas seulement la structure des mat�riaux sont prient en consid�ration en recherches biomim�tiques, mais la fa�on qu’on produit ces mat�riaux est importante aussi. Janine Benyus, une scientifique am�ricaine tr�s connue dans ce champ d’�tude d�crit que la nature synth�se les mat�riaux comme le b�ton � temp�rature ambiante, � pression ambiante et avec de l’eau comme solvant. Notre industrie a toujours besoin des temp�ratures et des pressions extr�mement hautes pour synth�tiser nos mat�riaux. En plus, il y a toujours des sous-produits toxiques qui se forment avec nos produits synth�tis�s. Madame Benyus pr�sente l’argument que la nature est l’aboutissement de 3.5 milliards d’ann�es d’une longue �volution qui a optimis� les structures et les technologies des esp�ces vivants. Les biomim�tistes consid�rent leur champ d’�tude comme “la fertilisation crois�e entre l’ing�nierie et la biologie”.Des exemples d’une invention bionique sont le rev�tement inspir� par la peau des requins et les �crans lumineux inspir�s par les ailes de papillon. La structure des animaux et des v�g�taux est importante � �tudier, mais la fa�on qu’elle est produite pose encore un probl�me pour ce champ d’�tude. Un scientifique appel� Herv� Arribart a quand m�me r�ussi � fabriquer du caoutchouc avec des mat�riaux peu co�teux et non-toxiques qui cicatrise apr�s avoir �t� d�chir�, une technologie qu’il appelle “autor�paration”. Le biomim�tisme n’est pas encore au niveau d’enseignement � l’universit�, mais de grands organismes comme “Biomimicry Europa” en Europe, “Biomimicry Guild” aux �tats-Unis et “L’Institute Inspire” en France sont mis sur pied et les recherches dans ce champ d’�tude arrivent dans les laboratoires des universit�s reconnues.Le deuxi�me article intitul� “Un exemple d’architecture inspir�e des termites” explique en d�tail une recherche sur les termites africaines qui construisent des termiti�res tr�s hautes qui r�glent la temp�rature naturellement dans le d�sert. La recherche a pris lieu � Harare au Zimbabwe, un pays en Afrique o� les temp�ratures atteignent souvent 35�C. Les scientifiques ont observ� les termites qui n’utilisent aucun outil pour fabriquer leur termiti�re de 8 m�tres en hauteur et qui contr�lent la temp�rature de leur termiti�re constamment � 27�C. Au lieu des outils, les termites utilisent la terre, le bois, les fragments v�g�taux, des poils et des soies tous li�s par les s�cr�tions de cire et salive des termites. Ils se nourrissent avec des champignons qui se forment sur les fragments de v�g�taux dans leur termiti�re avec l’aide de leurs s�cr�tions seulement si la temp�rature est de 27�C. Alors la climatisation dans les termiti�res est tr�s importante pour que les termites survivent. Les scientifiques ont �tudi� la structure de ces termiti�res et ils ont observ� que l’air chaud � l’int�rieur est �vacu� par une chemin�e au milieu de la termiti�re. Puis de petites ouvertures autour de la termiti�re apportent l’air de l’ext�rieur � travers des puits tr�s profonds pour le refroidissement. Les termites ferment les ouvertures durant la nuit pour conserver l’air chaud dans leur abri lorsque la temp�rature ext�rieure baisse sous 27�C durant la nuit. En 1996, l’�difice “Eastgate” a �t� construit utilisant les technologies �tudi�es dans la recherche des termiti�res. Cet �difice, qui a co�t� presque autant que celles non-vertes, fait 31000 m�tres carr�s et �conomise jusqu’� 90% d’�nergie. L’�difice est rempli avec 48 chemin�s et beaucoup de fontaines et bassins pour le refroidir. Apr�s le succ�s de cet �difice bioinspir�, les scientifiques ont commenc� un nouveau projet avec les termites – une recherche pour produire un b�ton organique comme celui que les termites utilisent pour fabriquer leur abri.L’article “Biomim�tisme : la vie est un mod�le” est � propos des diff�rents architectes et leurs projets r�alis�s. Le Stade Olympique � P�kin par Herzog et Meuron, Eastgate � Harare par Mick Pierce, Pearl River Tower par Adrian Smith et Singaport Arts Center par les ing�nieurs d’Atelier One peuvent tous se trouv�s dans la cat�gorie d’�difices bioinspir�s. Les architectes croient que le biomim�tisme aide � valoriser l’utilisation du naturel dans nos cr�ations “froide et m�caniste”. Avec les nouvelles connaissances acquises gr�ce au biomim�tisme, la Pearl River Tower en Chine sera le seul �difice produisant plus d’�nergie qu’il n’en consomme. Un autre exemple d’une r�alisation bioinspir�e est Le Swiss Re Tower, qui est con�u avec une structure m�tallique en treillis qui ressemble � l’exosquelette d’un organisme marin.L’air est libre de circuler entre les vitres int�rieures et ext�rieures qui agissent comme un isolant pour la temp�rature interne de l’�difice. L’�tude d’un insecte appel� la Strenocara du d�sert Namib, qui collecte l’humidit� sur son dos et transf�re l’eau dans sa bouche, a inspir� l’architecte Grimshaw a r�alis� l’�difice Water Theatre. Cet �difice produit de l’eau douce � partir de l’oc�an avec l’aide de centaines de grilles d’�vaporation chauff�es avec des collecteurs solaires et des tubes de condensation refroidis par de l’eau de la mer froide – un syst�me compl�tement �cologique. La cofondatrice de la Biomimicry Guild aux �tats-Unis, Dayna Baumeister, dit que l’�difice Water Theatre n’est pas un vrai exemple du biomim�tisme parce que les technologies de la Strenocara pour condenser de l’eau ne sont pas employ�es, mais l’architecture de l’�difice est inspir�e par la biologie quand m�me.La photosynth�se est une science naturelle tr�s connue qui est le sujet de “La photosynth�se, qu’elle soit naturelle ou artificielle, comme source d’�nergie”. Il est important de comprendre que l’�nergie qui vient du gaz naturel, du p�trole et du charbon est produite par la photosynth�se – toute l’�nergie que les humains utilisent est obtenue gr�ce au processus photosynth�tique. Ce processus transforme l’�nergie solaire en �nergie que les v�g�taux peuvent utiliser, alors que les animaux consument ces v�g�taux et l’�nergie est produite par cette nourriture. Un syst�me photovolta�que a �t� invent� utilisant la technologie de la photosynth�se des plantes pour produire de l’�lectricit�.Ce syst�me n’est pas tr�s efficace actuellement, mais les scientifiques essayent d’imiter exactement les chloroplastes qui se trouvent dans l’int�rieur des plantes et qui transforment l’�nergie solaire. Pour imiter ces chloroplastes, la structure des feuilles est copi�e dans le syst�me photovolta�que. Une �quipe de MIT �tudie la dissociation de la mol�cule d’eau pour am�liorer la productivit� de ces inventions. La nouvelle technologie photovolta�que est tr�s importante pour le biomim�tisme parce que la fabrication de ces structures bioinspir�es prend de l’�nergie qui doit �tre cr��e �cologiquement aussi.Les quatre dossiers de presse que j’ai lus sont tr�s d�taill�s et contiennent beaucoup d’exemples pour renforcer l’id�e que cette nouvelle science est valable. Ce nouveau champ d’�tude relie les sciences actuelles comme la chimie, la biologie et l’ing�nierie, trois sciences tr�s importantes pour l’�volution des �tres humains, et utilise les connaissances de chaque science pour reproduire les cr�ations les plus complexes au monde. � mon avis, le fait que la nature devient plus centrale dans nos recherches pour les solutions d’ing�nierie, de chimie et d’architecture est essentiel pour la survie des �tres humains sur notre plan�te. � l’aide de l’�volution des v�g�taux, des animaux et des insectes, les biomim�tistes pourraient cr�er des structures tr�s avanc�es, des mat�riaux durables, des �difices magnifiques et des usines extr�mement �cologiques.L’article “Intelligence de la Nature” est une bonne introduction au biomim�tisme. L’histoire qu’il pr�sente du biomim�tisme est int�ressante parce que �a fait des centaines d’ann�es que les �tres humains emploient des designs bioinspir�s. Mon exemple pr�f�r� est celui de L�onardo da Vinci durant la renaissance : son design pour un machine � voler �tait compos� de deux ailes les m�mes que celles d’un oiseau. Les inventions actuelles qui nous permettent de voler ne sont rien de la sorte, nos avions sont froids et m�caniques.Les exemples des recherches biomim�tistes donn�s par Janine Benyus (une de mes h�ro�nes m�me avant que cette recherche) sont une bonne source d’inspiration pour les jeunes scientifiques. La nature tient beaucoup de secrets et de solutions pour les industries. L’article a aussi adress� le probl�me que le processus de production de ces cr�ations est de la m�me importance que les cr�ations et c’est dans ce domaine que les scientifiques ont de la difficult�. Pour diriger une usine compl�tement verte, la production et les produits doivent �tre �cologiques. Ce probl�me commence � �tre r�gl�, comme dans l’exemple du caoutchouc “autor�paration”. Apr�s avoir lu cet article, je peux admirer la nature beaucoup plus : la complexit� de la nature est incomparable � la complexit� des inventions humaines.La recherche des termiti�res africaines qui est le sujet de “Un exemple d’architecture inspir�e des termites” est le meilleur exemple de succ�s en biomim�tisme. Le fait que les petits insectes peuvent construire un abri de 8 m�tres de hauteur sans outil est impressionnant. De plus, ces insectes doivent constamment climatiser la temp�rature dans leur abri pour rester � 27�C, quand la temp�rature ext�rieure pourrait atteindre 35�C! L’utilisation des technologies des termiti�res dans l’�difice Eastgate est � peine impressionnante – si les petits insectes peuvent mettre en �uvre ces technologies, les �tre humains devraient �tre en mesure de le faire facilement! L’�difice Eastgate est quand m�me un grand accomplissement. J’aime beaucoup que les fontaines d’eau climatisent l’air chaud dans l’�difice. Ces fontaines donnent un air luxurieux � l’�difice et en m�me temps ils ont leur propre fonction. En plus, les scientifiques n’ont pas finis de rechercher les termites, ce qui donne un exemple des milliards de possibilit�s pour �tudier le biomim�tisme.Mon article pr�f�r� que j’ai lu est “Biomim�tisme : la vie est un mod�le” parce qu’il fait un lien direct entre le biomim�tisme et l’ing�nierie structurelle qui est un de mes objectifs. Une douzaine d’�difices peuvent �tre consid�r�es bioinspir�es, mais selon la fameuse biomim�tiste Dayna Baumeister, seulement Eastgate � Harare emploie le biomim�tisme direct. Alors, si je poursuis dans ce champ d’�tude, j’aurai beaucoup de possibilit�s pour cr�er moi-m�me des �difices unique. En Chine, le Pearl River Tower produit plus d’�nergie qu’il n’en consomme. Au moment actuel c’est l’�difice le plus �cologique et un de mes r�ves. Cet �difice emploie des �oliennes qui sont mod�lis�es apr�s les ailettes des baleines produisant plus d’�nergie que les �oliennes r�guli�res – une technologie fascinante! Je crois que Dayna Baumeister a raison quand elle a dit qu’Eastgate est le seul �difice bionique, mais �a ne diminue pas la valeur des autres �difices bioinspir�s. Comme c’est seulement le commencement de l’�ge d’or pour le biomim�tisme, les ing�nieurs doivent commencer avec leurs connaissances plut�t m�caniques et doivent les transformer avec ces nouvelles connaissances naturelles.Les recherches de la photosynth�se sont importantes, comme souligne l’article “La photosynth�se, qu’elle soit naturelle ou artificielle, comme source d’�nergie”. Ce processus implique plusieurs cellules et fonctions alors elle est tr�s complexe, mais les scientifiques du laboratoire � MIT travaillent dessus. Ils produisent des r�sultats surprenants en imitant la forme des feuilles et en utilisant un catalyseur d’iridium, un syst�me photovolta�que peut produire dix fois plus d’�nergie que celui du design original. Ce dossier de presse va beaucoup en d�tail, m�me �tait un peu trop complexe. J’ai appris beaucoup sur le processus de la photosynth�se � l’�cole, mais cet article �tait un peu trop complexe pour moi. J’ai appris quand m�me comment la photosynth�se influence le biomim�tisme et comment elle dirige les scientifiques pour rechercher et imiter ce processus naturel �tonnant.Les articles que j’ai lus sont divers mais ont tous le m�me message : le biomim�tisme est la solution pour un futur plus �cologique. Je comprends que l’industrie d’aujourd’hui consume toutes les ressources non-renouvelables de notre plan�te et que les �tres humains ne peuvent pas continuer � cr�er des industries polluantes. Je croix qu’avec la recherche, les nouvelles connaissances qui sont � l’�tude dans le champ de biomim�tisme peuvent sauver nos industries. Je suis curieux de voir si ce champ d’�tude sera offert par des universit�s au Canada apr�s d’avoir obtenu mon dipl�me du premier cycle.D�finitions1. Enchev�trement : Ensemble de choses, d’�l�ments m�l�s les uns aux autres d’une fa�on d�sordonn�e.2. �chafaudage : Construction provisoire, fixe ou mobile, dont les planchers supportent � une certaine hauteur du sol les ouvriers et les mat�riaux dans l’�dification, la r�paration, la peinture ou la d�coration des b�timents.3. Phr�atique : Nappe d’eau la plus rapproch�e de la surface du sol qui alimente les puits ordinaires, ne traverse pas de couches imperm�ables et se trouve partout dans les vall�es � une profondeur variant depuis quelques d�cim�tres jusqu’� cent m�tres et au-del�.4. Losanges : Parall�logramme ayant des c�t�s �gaux et dont les angles ne sont pas droits.5. Diatom�es : V�g�tal unicellulaire appartenant � un groupe d’algues brunes, microscopiques, vivant dans les eaux douces ou sal�es, et pourvues d’une enveloppe siliceuse.6. �prouvettes : Appareil, instrument permettant d’appr�cier la nature, la qualit� d’un produit7. �lucubrations : Action d’�lucubrer; recherche laborieuse et patiente pour composer un ouvrage �rudit ou un texte d’une certaine longueur.8. Paons : Grand oiseau de l’ordre des Gallinac�s, de la famille des Phasianid�s, portant sur la t�te une aigrette en couronne et caract�ris�, chez le m�le, par la beaut� de son plumage et la longueur de sa queue, dont les plumes ocel�es se redressent lorsqu’il fait la roue.9. Frustule : Ensemble de choses, d’�l�ments m�l�s les uns aux autres d’une fa�on d�sordonn�e.10. Nanobiles : Les nanobilles et les microbilles sont des outils importants en cytom�trie. Les microbilles ont d’abord �t� utilis�es pour optimiser les signaux de diffraction et de fluorescence analys�s par cytom�trie en flux ainsi que pour �valuer la phagocytose. Coupl�es de fa�on covalente � des anticorps, les nanobilles ont servi � r�v�ler des antig�nes cellulaires.Le biomim�tisme est un champ d’�tude tr�s int�ressant avec beaucoup de possibilit�s d’emploi. Les nouvelles recherches sont toujours disponibles parce qu’il y a des milliards d’animaux, d’insectes et de v�g�taux � �tudier. Beaucoup de mat�riaux ont �t� invent� avec des connaissances gr�ce au biomim�tisme, mais seulement une douzaine de structures et d’�difices ont �t� construits. Ce projet m’a aid� a recherch� l’histoire du biomim�tisme en d�taille. J’ai appris beaucoup de structures bioinspir�e comme Eastgate � Harare, Swiss Re Tower et Pearl River Tower. J’ai fais des liens entre le biomim�tisme et l’ing�nierie structurelle et j’ai m�me appris des connaissances chimiques : celles de la photosynth�se. Je crois que j’ai retenu plus de l’information des textes scientifiques que d’habitude parce qu’ils ont �t� �crite en fran�ais au lieu d’�tre �crite en anglais. Ce projet m’a motiv� d’y penser plus de les solutions vertes alors que j’�tudierai l’ing�nierie � l’avenir.

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