Un poisson dans des McLaren ? Un scarabée dans des moteurs ? Si cela vous semble absurde, l’automobile du futur vous réserve peut-être quelques surprises ! Au-delà des performances, le biomimétisme pourrait également améliorer l’impact environnemental du secteur automobile.
A toute vitesse ! Quand les poissons rivalisent avec les supercars
Lorsque l’on parle de biomimétisme, l’aérodynamisme est bien souvent l’un des premiers domaines qui vient à l’esprit. Car les exemples sont légions ! Shinkansen inspiré des martin-pêcheurs, winglets et sharklets pour les avions ou encore éolienne imitant la baleine à bosse sont autant d’innovations biomimétiques désormais bien connues. Le secteur automobile ne fait pas exception à la règle, avec 2 voitures biomimétiques inspirées des poissons.
Le premier de ces véhicules est la McLaren P1, une hypercar s’inspirant du poisson voilier. Cette espèce réputée pour être la plus rapide de tous les poissons peut atteindre des vitesses de pointe approchant les 110 km/h ! Pour cela, le poisson voilier possède des écailles qui lui permettent de s’envelopper d’une sorte de bulle d’air, réduisant ainsi le frottement avec l’eau. Il possède également des excroissances au niveau de sa nageoire caudale (la queue du poisson), qui l’aident à canaliser l’écoulement et améliore son hydrodynamisme.
Or, en reproduisant ces excroissances sur les rétroviseurs, McLaren a amélioré l’aérodynamisme général de sa voiture ! Les écailles du poisson voilier ont également permis d’optimiser les conduits d’air latéraux de la voiture, augmentant de 17 % l’apport d’air dans le moteur et améliorant ainsi son efficacité.
McLaren n’est pas le seul constructeur automobile à s’intéresser au biomimétisme. Mercedes a également travaillé sur un concept de voiture bio-inspirée : la Bionic Car. Sa forme rappelle celle du poisson-coffre, un poisson tropical disposant d’arêtes anguleuses qui génèrent des vortex, réduisant sa traînée. En imitant la forme du poisson-coffre, la voiture atteint des performances aérodynamiques record et voit sa consommation réduite de 20%. Le coefficient de traînée total du véhicule est un des plus faibles de l’industrie automobile, inférieur à celui d'un Porsche Cayman par exemple. Et en plus, il est plus spacieux !
L’efficacité du biomimétisme pour l’aérodynamisme automobile permet ainsi de réduire la consommation de carburant des véhicules, et contribue donc à rendre le secteur plus propre et moins gourmand en ressources.
Biomimétisme & automobile : vers des moteurs moins polluants
Le moteur est bien entendu la source de pollution principale dans un véhicule thermique traditionnel. Il est responsable non seulement des émissions de CO2 mais également de tout un ensemble d’autres gaz (NOx, méthane, monoxyde de carbone…), ainsi que de particules fines. Optimiser son fonctionnement est donc un enjeu de taille pour l’industrie automobile.
Le biomimétisme peut notamment permettre de réduire la friction au sein du moteur, en particulier celle des pistons et des cylindres. De manière générale, 20 % de la consommation énergétique mondiale ne sert qu’à vaincre la friction dans nos machines ! Pourtant, la nature a su développer au cours de l’évolution une multitude de solutions anti-frottement transposable dans l’automobile.
Un très bon exemple de ce principe a été mis en évidence par des chercheurs de l’Université de Jilin, en Chine, qui se sont inspirés du ver de terre pour réduire le frottement des pistons du moteur. Le ver de terre doit en effet se déplacer dans le sol, un milieu particulièrement abrasif. Pour ne pas se blesser, le ver utilise un mucus lubrifiant dont l’efficacité est renforcée par la forme annelé de son corps. Cette forme permet de stocker plus de mucus et réduit la surface de contact avec le milieu environnant, ce qui améliore la lubrification et réduit l’usure.
Un autre axe d’amélioration pour le moteur automobile est celui de la combustion du carburant. Tirer le plus d’énergie possible d’une quantité donnée d’essence est bien entendu crucial. Dans ce calcul, l’injection du carburant dans le cylindre est un enjeu majeur qui a connu de nombreuses innovations en quelques décennies.
Etonnamment, la clé pour améliorer encore l’injection pourrait venir d’un insecte très surprenant : le bien-nommé scarabée bombardier ! Ce petit coléoptère est en effet capable de projeter un nuage d’acide bouillant sur ses agresseurs pour se défendre ! En s’inspirant de ce mécanisme de défense, l’entreprise Swedish Biomimetics 3000 a développé µMist, un système de spray biomimétique qui pourrait améliorer l’injection de carburant pour l’automobile ! Dans une étude menée avec l’Université de Loughborough, le dispositif bio-inspiré divise par 1000 les émissions de particules fines ! En plus de cela, le système réduit la consommation de carburant par rapport à un système d’injection directe traditionnel.
Mécanisme de défense du scarabée bombardier : source d’inspiration du secteur automobile pour améliorer l’injection dans les moteurs ?
Filtration bio-inspirée : bientôt une automobile dépolluante ?
En améliorant l’efficacité des moteurs, le biomimétisme se montre pertinent pour décarboner l’industrie automobile. Néanmoins les moteurs thermiques ne peuvent faire disparaître complètement leurs émissions. On estime qu’environ 40 000 personnes décèdent chaque année de la pollution de l’air en France ! C’est pourquoi de nombreux filtres bio-inspirés ont été développés afin de limiter au maximum l’impact environnemental de l’automobile.
Metalmark Innovations, une startup d’Harvard, développe par exemple une technologie de filtre catalytique inspirée du papillon Metalmark. À l’instar du papillon Morpho, le Metalmark possède des ailes microstructurées qui lui confèrent sa couleur. Cette microstructure augmente également la surface de contact de l’aile avec l’air. Chez le papillon, cette propriété rend l’aile déperlante et facilite son nettoyage en permettant aux gouttes de s’évacuer en emportant la saleté. Quelle utilité pour l’automobile ? Et bien dans un filtre, augmenter la surface entre l’air et le matériau catalytique permet d’améliorer les performances de ce dernier en démultipliant les réactions chimiques qui neutralisent les polluants ! Le filtre bio-inspiré fonctionne également à des températures plus basses que ses homologues traditionnels. Ainsi, cette technologie biomimétique pourrait bien trouver sa place pour contribuer à rendre le secteur automobile plus propre.
En définitive, le biomimétisme a prouvé sa pertinence pour décarboner le secteur automobile à travers plusieurs technologies bio-inspirées dans des domaines variés. Beaucoup d’autres approches sont possibles pour diminuer l’impact environnemental de la voiture : allègement des structures, matériaux durables, gestion thermique, etc. Et il ne fait aucun doute que les constructeurs et équipementiers automobile se saisiront de cette opportunité pour continuer à innover à l’avenir.