Biomimétisme et outils méthodologique - Théorie

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Biomimétisme et outils méthodologique ‐ Théorie
Pierre‐Emmanuel Fayemi
Giacomo Bersano
Le biomimétisme, comment la nature nous aide à innover
<Séminaire Aristote> 06/2014
www.aim‐innovation.com #1
Qui sommes-nous?
Active Innovation Management est une JEI basée sur le plateau de Saclay
Conseil en innovation
Creation de concept
Recherche sur l’innovation
• Résolution de problèmes
• Création produits nouveaux
• Road mapping
• Formation (Ent. Certifiée)
• Aide aux choix stratégiques
• Gestion de projet
Concept Flota
Creare il futuro
Giacomo Bersano
Pourquoi la bio‐inspiration?
Nous rejetons trop de CO2
-
Limite: 350 ppm
Actuel: 387 ppm
Nous rejetons trop d’azote
-
Limite: 35 millions de tonnes
Actuel: 150 millions de tonnes
La biodiversité est menacée
-
Limite: Extinction < 10 fois le
taux moyen naturel
Actuel: 100 fois supérieur
[Rockström et al., 2009]
« Le monde que nous avons créé est le résultat de notre niveau de réflexion, mais les problèmes qu'il
engendre ne sauraient être résolus à ce même niveau.»
Albert Einstein
« La vie créer des conditions propices à toute les formes de vie. »
Janine Benyus
Problem solving in technology
Information
Problem solving in living nature
Energy
1.0
Space
0.9
Structure
0.8
Substance
1,0
Problem resolutions
Problem resolutions
Time
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
Information
Energy
Time
Space
Structure
Substance
0,8
0,6
0,4
0,2
0.1
0.0
nm
µm
Sizemm
m
0,0
km
Size
nm
µm
mm
m
km
[Vincent et al., 2006]
Qu’est‐ce que la bio‐
inspiration ?
Qu’est‐ce que la bio‐inspiration ?
Bioinspiration:
Bio- : Du grec ancien βίος, bios, « la vie en soi, l'existence »
-Inspiration: Du latin inspiratio « souffle divin qui pousse à tel ou
tel acte »
Un concept ancien
« Ceux qui s’inspirent d’un modèle autre que la nature, peinent en vain » Léonard de Vinci
Engin volant de Léonard de
Vinci Musée des arts et métiers
© Hiacinthe
Engin volant de Léonard de Vinci
(croquis de 1488)
Qu’est‐ce que la bio‐inspiration ?
Discipline
Technique:
Philosophie:
Résolution de
challenges liés à la
soutenabilité
Bio-Inspiration
Répliquer, augmenter ou
remplacer une fonction
biologique par un moyen
électronique/mécanique
Robotique
Biomimimétisme
Bionique
Eco-Innovation
Biomimetique
Processus créatif interdisciplinaire:
Résolution de problèmes par
abstraction, transfère et
application.
Réalisations biomimétiques
Réalisations biomimétiques ‐ Forme
Shinkansen
Eiji Nakatsu
Shinkansen Electro Multiple Unit
(EMU) train
(Transporte 40% des passagers ferroviaires dans le monde,
soit près de 64 millions de personne par jour)
Réalisations biomimétiques ‐ Forme
Shinkansen
Problème
Le pantographe vibre et génère du bruit
Base du pantographe:
mauvaise aérodynamique
Déflagration en entrée de tunnel
Modèle
Chouette
Pingouin d’Adélie
Martin pécheur
Caractéristique biologique
Ses ailes possèdent des micro dentelures qui absorbent les vibrations
Application
Avant
Après
Avant
Après
Avant
Après
A un corps fusiforme qui lui permet de se déplacer sans efforts sous l’eau.
La forme de son bec en fait l’animal le plus competent pour passer d’un milieu a pression faible (air) à élevée (eau).
Consommation -15%; Vitesse +10%; Respect des normes acoustiques
Réalisations biomimétiques ‐ Fonction
Ruban adhésif inspiré du gecko
Modèle biologique: Gecko (Gekkonidae)
Caractéristique(s):
Application(s):
Hiérarchisation du système
d’adhésion du gecko
Adhésif hors norme,
collant/decollant,
compatible
avec
beaucoup de surfaces,
inusable.
des milieux subaquatiques
aux
environnements
spatiaux.
1ere version: Indécollable
Gecko: Torsion des filaments
Solution: filaments polymide -> filaments en
polypropène
2ere version: Perte du pouvoir d’adhésion
Gecko: Lèche constamment ses pattes
Solution: ?
[Greim, 2003]
Réussite scientifique, échec industriel
Réalisations biomimétiques ‐ Système
Eastgate Centre
Modèle biologique: Termites
(macrotermitinae termites)
Caractéristique(s):
Application(s):
31°C ± 1°C constant,
3°C < temp. Ext.<
42°C de façon passive
Architecture
Structure: Harvard's Wyss Institute for
Biologically Inspired Engineering
Schéma de l’Eastgate Centre
- Flux d’air: ouverture/fermeture de
volet d’aeration grâce à des structures
fongiques
- Capacité thermique du
matériau
Pas suffisant: l’ajout d’un
ventilateur à basse vitesse
à la base de l’immeuble a
été obligatoire
- Propriétaire: économie de 3,5 millions de dollars
- Habitants: louent en moyenne 20% moins cher
- Conso. : 10% d’un imeuble conventionnel de taille similaire
Un échec théorique – Une réussite pratique
Réalisations biomimétiques
Shinkansen:
Identification du modèle biologique issu du domaine de connaissances interne
Gecko:
Une bonne prise en compte de l’environnement est primordial pour mener à un succès industriel
Estgate Centre:
Un échec théorique peu cependant mener à de belles réussites, le transfert est une étape complexe
Biomimétique  Durabilité
-
revêtements superhydrophobes inspirés du lotus sont toujours issus de
dérivés du pétrole.
- la synthèse de fibres de soie d’araignée fait appel à des mammifères
transgéniques
Des solutions annoncées comme biomimétiques ne le
sont pas
(sans que cela ne remette en cause leur pertinence ou leur efficacité)
- Production d’énergie par algues artificielles ou micro-algues
- Algorithmes évolutionnaires
- Produits cosmétiques
La méthodologie est ce qui différencie le produit biomimétique des accidents bio‐inspirés
Le processus Biomimétique
Processus biomimétique
2 voies possibles:
Solution orienté:
Point d’entrée: Un organisme vivant possédant une fonction présentant un
intérêt à être émulée par un ingénieur.
≃ Transfert technologique
Problème orienté:
Point d’entrée : Une caractéristique/fonction particulière qu’un ingénieur
cherche à obtenir par un transfert de connaissance issu de la biologie.
≃ Résolution de problème
Bogatyrev a proposé un modèle en 6 étapes se concentrant sur l’extraction
des caractéristiques essentielles d’un organisme biologique en vue de les
transposer en connaissances technologique [Bogatyrev, 2008].
Helms et al. ont proposé un processus de conception bio-inspirée problèmeorienté en 6 étapes proposant des cycles itératifs et des boucles de rétroaction
[Helms et al., 2009; Vattam et al., 2011].
Nagel et al. ont proposé un processus en 7 étapes se concentrant sur la
modélisation fonctionnelle d’un système biologique de référence[Nagel et al.,
2010].
Bionic procedural model [Lindemann & Gramann, 2004]
Biomimetic as a design methodology [Lenau, 2009]
1. Description du problème
2. Rendre abstrait le problème technique
4. Identifier les modèles biologiques potentiels
Réduire les vibrations
Le pantographe génère du bruit
3. Transposer dans le domaine biologique
Ecdyonurus
Phoque
Comment gérer les turbulences?
Chouette
Polychaeta
Identifier
Définir
Générer des alternatives
Choix de la solution
Implémentation
Test
[Massey & Wallace, 1996]
Barracuda
9. Evaluer
5. Selectionner le(s) modèle(s) biologique(s) d’intérêts Heteropterid
Chouette
8. Implementer à la situation initiale
6. Rendre abstrait les strategies du vivant
Structure des plumes primaires
7. Translate into technological challenge
Comment créer des micro dentelures?
[Altshuller, 1996]
Lien avec les méthodes inventives
How to
prevent
vibrations
How to
manage
turbulences
How to add
micro
serations ?
Wind
induces
vibrations

Biomimétisme et outils méthodologique - Théorie

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