Le biomimétisme et le sport sont coéquipiers dans la course à l’innovation ! Chaque année, la science permet au sport de repousser les standards de la performance, à la fois humainement et technologiquement. À la mer ou à la montagne, sur la route ou dans les airs : la nature entraîne le sport à innover !
Sport de glisse et biomimétisme : ça farte pour l’innovation !
Pour beaucoup, la pratique du sport repose sur un échange avec la nature : les sports de glisse, qui utilisent l’environnement comme support, en sont le parfait exemple ! Qu’il s’agisse de l’eau, des airs ou de la neige, l’homme a appris à dompter les éléments au fil des siècles en affûtant son matériel et ses interactions avec l’extérieur. Le vivant orchestre les déplacements de millions d’espèces dans des milieux contraignants, voire hostiles. Cela en fait un allié de choix pour améliorer les technologies des sports de glisse !
Un des exemples les plus réputés du biomimétisme concerne d’ailleurs une innovation dans le domaine du sport. En s’inspirant de la peau du requin dont l’hydrodynamisme est remarquable : la marque de maillots de bain Speedo a développé au cours des années 2000 la gamme Fastskin... bannie en 2009 par la Fédération Internationale de Natation après avoir accompagné 108 records du monde l’année précédente !
Mais, quand il s’agit de sport de glisse, le biomimétisme a plus d’un tour dans son sac. Une autre combinaison aquatique bio-inspirée, pour les surfeurs cette-fois-ci, a été développée par une équipe de chercheurs du MIT et de l’Ecole Polytechnique. Les chercheurs se sont intéressés à la fourrure de petits rongeurs, comme les loutres, qui ont la capacité de maintenir leur peau sèche et chaude malgré leurs bains fréquents. L’étude de ce phénomène leur a permis de prototyper un matériau conjuguant légèreté et propriétés thermiques ultra-performantes ! C’est à la fois la disposition et la densité du pelage de ces animaux qui est innovante : elle leur permet de séquestrer, contre leur peau, des microbulles d’air jouant le rôle d’isolant pendant leurs bains. Des combinaisons deux à cinq fois plus fines pourraient être conçues en conservant des propriétés mécaniques et une isolation thermique standard. Cela laisse présager de grandes économies de matériaux en ligne avec les objectifs de développement durable !
Outre les pratiques aquatiques, le sport aérien peut bénéficier de solutions biomimétiques pour améliorer les performances de glisse des amateurs. En effet, pour permettre aux animaux volants de tutoyer les cieux, des multitudes de solutions biologiques ont été affinées par des milliards d’années d’évolution. Celles-ci représentent autant de gisements d’idées sobres et innovantes pour les sports de glisse aériens, comme le parapente ou le deltaplane !
En la matière, les libellules se présentent comme de parfaits modèles. En effet, leurs ailes, qui associent savamment rigidité et flexibilité, en font de véritables pilotes en vol, capables de réaliser une immense diversité de manœuvres aériennes : elles feraient rougir plus d’un spécialiste de voltige aérienne. Que ce soient les changements de direction quasi-instantanés, les accélérations brutales, les vols à reculons, à la verticale ou même en surplace, il n’y a pas une seule de ces disciplines que les odonates ne maîtrisent pas ! Pour rendre réalisable cette conduite en mode “sport”, les ailes des libellules sont parcourues d’un réseau de veines rigides permettant des déformations dans des directions privilégiées. Elles sont dotées de petits appendices qui jouent le rôle de sécurité mécanique, et qui protègent les ailes de la rupture. En répliquant cette structure sophistiquée sur des voiles artificielles, des chercheurs de l’université de Kiel en Allemagne ont montré que la résistance à la charge et la durabilité des voiles pouvaient être grandement optimisées. De quoi inspirer les voiles de kitesurf de demain ?
Sport de montagne et biomimétisme : l’innovation vers l’infini et les sommets !
La montagne est le terrain de jeu favori de ceux qui souhaitent conjuguer sport et nature. Le biomimétisme est lui aussi expert dans cette association !
Les sports alpins, qui font évoluer l’homme dans des conditions environnementales souvent éprouvantes, reposent sur de nombreuses technologies ayant fait l’objet de multiples innovations.
Le biomimétisme : un allié de choix pour accompagner l’innovation pour le sport en altitude.
Le ski, dont les équipements actuels ressemblent très peu à ceux utilisés au début du siècle dernier, est un exemple parlant de ce que la technologie peut apporter au sport. L’innovation bio-inspirée pour les sports d’hiver a déjà fait ses preuves : en 2016, une équipe de chercheurs de l’EPFL a développé, en partenariat avec le fabricant Stöckli, des skis biomimétiques au comportement mécanique optimal. Pour ce faire, les carapaces des tortues ont été prises pour modèle : celles-ci sont constituées d’un assemblage précis de pièces rigides maintenues dans une matrice souple, permettant de conjuguer flexibilité pour leur respiration, et solidité pour résister aux chocs extérieurs. Construire des skis à la structure analogue a permis d’améliorer l’adaptabilité du matériel aux contraintes appliquées par le skieur lors de ses descentes. C’est-à-dire en améliorant la rigidité des skis lors des virages tout en maintenant leur maniabilité en dehors.
Parmi les activités pratiquées en altitude, le trail est également un sport pour lequel le biomimétisme a offert des solutions ayant fait l’unanimité. Ici encore, la nature est une mine d’or pour accompagner l’innovation. La totalité des espèces terrestres fait face aux problématiques d’adhérence ou de prise au sol, qui doivent être maîtrisées à la perfection pour assurer leur survie ! Par exemple, les chèvres de montagnes disposent de sabots à la structure particulière qui leur permettent d’évoluer aisément dans leur environnement malgré les pentes escarpées qu’elles affrontent pour se nourrir. Les bords des sabots ont une dureté renforcée qui leur permet d’accrocher aux prises qui dépassent du sol. Tandis que la surface plantaire, au centre, conjugue rugosité pour maximiser l’adhérence, et compressibilité pour épouser les irrégularités de surface et jouer un rôle de ventouse. L’étude de ces caractéristiques a permis à Nike de développer la technologie Goat-Tech au début des années 2000, qui fut longtemps considérée comme l’une des meilleures technologies pour les chaussures de sport en montagne !
Protections dans le sport : le biomimétisme, un ange gardien
L’accident de Romain Grosjean lors du dernier Grand Prix de Bahreïn, pendant lequel le pilote a encaissé une décélération équivalente à plus de 50 fois son poids avant de s’extraire miraculeusement de son véhicule, nous l’a rappelé : la protection est un élément essentiel à la pratique du sport. Heureusement, le biomimétisme est un athlète de haut niveau pour innover avec impact… lorsqu’il s’agit d’absorption de chocs !
Pour encaisser les coups sans défaillir, le vivant a affiné de nombreuses techniques qui pourraient servir à assurer une meilleure sécurité aux sportifs. Prenons l’exemple du football américain, un sport pour lequel le matériel de protection nécessite de toute urgence des améliorations. En effet, les chocs répétés auxquels sont exposés les professionnels pendant chaque match de leur carrière leur causent de nombreux troubles médicaux, au premier rang desquels se trouvent les commotions cérébrales ! Pour concevoir des casques plus sûrs, la start-up Hedgemon dans l’Ohio s’est intéressée à des animaux qui sont connus pour leurs posture défensive : les hérissons. Ils sont capables de choir de 10 mètres de haut sans se faire mal lorsqu'ils se laissent tomber des arbres ! Pour exercer ce sport bien particulier tout en sécurité, ils se fient aux milliers de piquants présents sur leur face dorsale. Ces fameux piquants disposent d’une structure creuse, enrichie de stries dans la longueur. Cela joue le rôle de renforts et permet de conjuguer légèreté et résistance. Lors d’une chute, les piquants encaissent une partie de l’énergie en se déformant et répartissent le reste sur la couche de muscle sous-cutané des hérissons : limitant ainsi le choc à l’atterrissage ! Forte de cette analyse, Hedgemon prototype aujourd’hui une couche répliquant le comportement des piquants des hérissons, à insérer dans des casques, afin de mieux protéger les athlètes des commotions.
Pour répondre à la problématique de l’absorption des chocs dans le sport, une autre source biologique d’inspiration potentielle est le pamplemousse. Ce fruit, qui pèse parfois jusqu’à 6 kilogrammes, s’émancipe de son pamplemoussier en tombant d’une hauteur pouvant aller jusqu’à 15 mètres, et ce, sans se fissurer ni exploser ! Pour dissiper l’énergie reçue lors de sa chute, le pamplemousse dispose d’une structure bien particulière. Son mésocarpe, à l’interface entre ses quartiers tendres et sa peau rigide, est constitué de pores dont la densité augmente progressivement, du centre vers l’extérieur. Cette structure assure une continuité dans les propriétés structurelles des tissus, les prévenant d’exploser à l’atterrissage ! De nombreuses équipes travaillent au développement de matériaux absorbants s’inspirant du pamplemousse, comme le laboratoire PROSE de l’université A&M du Texas.
Sport et biomimétisme : la nature, théâtre des prouesses de nos athlètes
Si le biomimétisme peut avoir une influence sur ce qu’il se passe sur le terrain de sport, il est également possible de trouver une trace de l’approche bio-inspirée... dans la construction dudit terrain ! En effet, de nombreux ouvrages ont été érigés en s’inspirant de l’ingéniosité de la nature, et les infrastructures du sport n’ont pas été épargnées par ce phénomène. De quoi accueillir les prochains records du monde avec élégance !
Le parc olympique de Munich, monument du sport construit à l’occasion des Jeux d’été de 1972, en est un parfait exemple. Une toiture composée d’un assemblage de câbles en acier, et supportant des plaques en plexiglas, y recouvre de nombreux bâtiments. La structure formée par les câbles s’inspire de celle des toiles d’araignées, optimisées par des millions d’années d’évolution pour pouvoir s’étendre sur de grandes surfaces sans être fragilisées par leur environnement ou leur propre poids. Cela permet d’optimiser les propriétés mécaniques du toit : il est résistant et peu sensible aux vibrations tout en étant remarquablement léger ! De plus, sa composition relativement simple a permis de faciliter sa construction et d’être économe en matériaux, compte tenu de la surface à recouvrir. Pour la petite histoire, un très beau chapitre du sport français s’est écrit dans cette enceinte : l’Olympique de Marseille y a connu sa fameuse victoire en Ligue des Champions en 1993. La seule, à ce jour (2021), d’une équipe française dans la compétition !
Un exemple plus récent d’ouvrage pour le sport ayant bénéficié de l’approche bio-inspirée est le Qi Zhong Stadium de Shanghai, qui accueille chaque année le Masters 1000 de Shanghai (Tournoi de tennis). Pour la conception du toit de cette enceinte, l’architecte Mitsuru Senda, a pris exemple sur la forme du magnolia, fleur symbole de la ville, ainsi que sur sa photonastie, c’est-à-dire sur sa manière de réaliser des mouvements avec ses feuilles pour coordonner l’intensité de la lumière extérieure avec ses besoins. Cela a permis à l’architecte de réaliser un toit formé de 8 pétales, capable de s’ouvrir en 8 minutes pour laisser entrer la lumière lors des jours de beau temps !
Des équipements de sport aux installations, dans l’eau comme dans l’air, pour améliorer sa performance ou protéger son organisme : le biomimétisme dans le sport se développe à vitesse grand V !