Le biomimétisme pour repenser les technologies de thermorégulation et de purification de l'habitacle

Nos voitures nous accompagnent au quotidien dans nos trajets. Chaque jour, elles permettent à des millions d’individus d’être mobiles à travers le monde : dans les villes, près des côtes, dans les montagnes, les campagnes, les forêts et même les déserts.

Quel que soit le milieu traversé, le niveau d’exigence des consommateurs s’est considérablement élevé au cours des dernières décennies. Qu’il neige, qu’il pleuve, qu’il vente, en période de canicule comme en période de froid glacial, nous attendons de notre véhicule le même degré de confort thermique que celui de notre logement.

Dans les milieux urbains, les utilisateurs attendent également de leur véhicule qui leur garantisse une bonne qualité de l’air dans l’habitacle, purifié des émissions et particules présentes sur les chaussées.

Dans ce contexte, les constructeurs et équipementiers jouent la carte des technologies de climatisation, de chauffage et de filtration. Complexes, ces dispositifs sont gourmands en énergie et méritent d’être améliorés. Comment optimiser et faire évoluer le fonctionnement de ces technologies ? Quelles sont les solutions innovantes peut-on explorer ?

Pour assurer les fonctions physiologiques des espèces, la nature a su aussi inventer des techniques de ventilation et de thermorégulation particulièrement efficaces et sobres. Il en va de même pour la gestion de la lumière, source incontournable d’énergie dans les écosystèmes, qui conditionne le comportement de bon nombre d’espèces.

Cette même nécessité d’assurer les fonctions physiologiques des espèces a mené au développement de techniques particulièrement sophistiquées de purification de l’air et des surfaces (auto-nettoyage), notamment dans le monde végétal.

Ces méthodes de conception naturelles peuvent constituer des sources d'enseignement inégalées pour le développement de solutions pour réguler la température de l'habitacle et purifier l'air intérieur.

Grâce à une compréhension fine des fonctions et techniques présentes chez les espèces et grâce à une extrapolation habile des "best practices" biologiques, le biomimétisme ouvre la possibilité d'inspirer des technologies plus efficaces, plus durables et fiables et moins gourmande en énergie.

Bioxegy vous propose un tour d'horizon des propriétés remarquables du vivant en la matière et évoque également un certain nombre de pistes d'intérêt !

1 1 - Le cérumen : un filtre à poussières optimisé.

Dans l’oreille de l’homme et de certains mammifères, une cire appelée cérumen tapisse le canal auditif. Cette matière agit comme un filtre à poussière très efficace.

Cette structure est particulièrement intéressante à étudier et ouvre de nombreuses portes à des innovations technologiques grâce au biomimétisme.

Au Georgia Institute of Technology, la doctorante en génie mécanique Alexis Noel, passionnée de plongée, s’est questionnée sur les propriétés du cérumen, constatant que celui-ci était capable de retenir l'eau dans les oreilles jusqu'au point de les boucher complètement.

Aidée par ses professeurs, A.Noel a donc étudié les capacités mécaniques de la cire. Elle découvre que le cérumen foire une toile de cire entre les poils du conduit auditif pour capturer les poussières.

Soumis aux déformations occasionnées par le mouvement de la mâchoire, le canal auditif passe d’une forme ovale à ronde, agissant ainsi mécaniquement sur le cérumen. Une fois saturé de poussière, la cire se déloge de l’oreille et évacue les poussières piégées. Un nouveau cycle commence alors.

Cette découverte met en lumière un mécanisme particulièrement simple et efficace, et pourrait ainsi avoir des applications concrètes dans des systèmes de filtration de l’air dans les maisons comme dans les voitures, en piégeant puis en évacuant les particules volatiles.

Crédits images : ©JACOPIN / BSIP / AFP

2 Les poils de l'ours polaire : fabriquer des textiles isolants sophistiqués

Le vivant est capable de survivre et même de prospérer dans des conditions parfois extrêmes. L'ours polaire, habitant des régions arctiques, en est un parfait exemple. Il doit sa résistance aux froids polaires à sa fourrure et plus précisément à la microstructure de ses poils. Ce sont de véritables fibres de 200 micro-mètres de diamètre. L'intérieur est creux, poreux et isolant. L'ensemble est maintenu par une couche externe rigide.

Des chercheurs de l'Université de Zhejiang en Chine ont emprunté l'astuce pour créer un textile high-tech. Ils ont conçu un système de fabrication de pointe, appelé "freeze spinning" qui permet de générer une fibre dont la microstructure imite celle des poils de l'ours polaire. Son coeur est poreux. Cette fibre est ensuite tissée et assemblée pour créer un textile bio-inspiré.

Particulièrement performant, il dispose de propriétés isolantes et respirantes remarquables. Complété de tubes de carbone conducteurs, le textile peut même réchauffer !

Ce même type de textile conçu par biomimétisme pourrait équiper les habitacles des véhicules, sous forme de revêtements des parois internes ou encore de matériaux pour les sièges.

3 Les plantes vertes : la dépollution made by nature

Les plantes sont capables de capter des composants organiques volatiles de faible masse moléculaire (SO2, NOx, O3, CO, formaldéhyde, benzène, toluène) grâce à des pores appelés stomates, situés sur les feuilles, qui s'ouvrent et se ferment constamment. Ils agissent comme réels filtres.

Certaines plantes absorbent et éliminent des quantités importantes de benzène, de xylène, d’ammoniac, de formaldéhyde ou trichloréthylène. Il s'agit là de substances capables de causer des troubles comme des irritations, des vertiges, des maux de tête, des nausées, et que l’on peut trouver dans l'environnement d'un véhicule.

Le géranium par exemple, est une plante herbacée de la famille des Geraniaceae qui est capable de dépolluer l’air en absorbant l’ammoniac, le benzène, le formol le xylène.

Cette capacité de filtration est particulièrement intéressante à étudier et ouvre de nombreuses portes au biomimétisme.

À la fin des années 1980, la NASA s'associe avec l'ALCA (Associated Landscape Contractors of America) pour étudier ses facultés dépolluantes des plantes vertes.

L'objectif de cette étude, appelée NASA Clean Air Study, a été d'identifier les plantes vertes les plus efficaces pour débarrasser l'air des agents toxiques divers. Certaines espèces ont été envoyés sur la Station Spatiale Internationale pour y purifier l'air.

Ces propriétés biologiques pourraient inspirer des mécanismes inédits de purification de l'habitacle des véhicules.