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    Impression du texte

    Biomimétisme

    Définition

    «L'homme, disait Francis Bacon, commande à la nature en lui obéissant.» S'il ne la connaît que partiellement, il ne lui obéit que partiellement et il risque de la dégrader en la soumettant à ses ordres. C'est le reproche que l'on peut faire à la science et à technique modernes. Le biomimétisme qui, à proprement parler n'est pas une science mais une fin et une méthode assignées à la science, consiste à comprendre la nature dans toute sa complexité pour mieux lui obéir. À mesure que l'on s'engage dans cette voie, on renonce à commander à la nature pour composer avec elle.

    Dans son livre intitulé Biomimicry, Janine Benyus raconte ses visites dans plusieurs centres de recherche, de diverses disciplines, où biologistes et ingénieurs travaillent ensemble à mettre au point des produits et des procédés qui utilisent la Nature comme modèle et comme instrument de mesure. Il y a plusieurs façons de se faire l'émule de la Nature.

    1. On peut d'abord imiter les grands cycles naturels, comme le font McDonough et Braungart dans leur concept de design intelligent, basé sur les métabolismes biologique et technique, qu'on a décrit plus haut.

    2. On peut aussi tenter d'imiter les écosystèmes et les interrelations complexes qui les caractérisent, comme le fait l'écologie industrielle. Dans un ensemble, les êtres vivants maintiennent une stabilité dynamique, comme des danseurs qui performent des arabesques, en jonglant continuellement avec les ressources sans produire de déchets. Un bon exemple d'imitation de ces processus nous est donné par Kalundborg, une petite ville industrielle située à une centaine de kilomètres à l’ouest de Copenhague au Danemark. Dans les années 1950 s’y installent une raffinerie de pétrole et une centrale électrique. Comme toutes les centrales thermiques, celle-ci produit des quantités impressionnantes d’eau chaude, mais cette eau n’est pas rejetée dans l’environnement: elle entre dans un processus de «cogénération», c’est-à-dire de réutilisation en vue d’assurer le chauffage de divers usagers - une idée qui tend à s’imposer aujourd’hui, mais qui passait pour très avant-gardiste à l’époque. Puis d’autres partenaires industriels s’installent à Kalundborg et prennent l’habitude d’échanger entre eux les déchets de leurs activités, au point que les responsables de la zone industrielle finissent par réaliser qu’une véritable symbiose s’est instaurée entre les diverses usines du site. Celles-ci sont aujourd’hui au nombre de cinq, reliées entre elles, sur quelques centaines de mètres, par un dense réseau de pipelines permettant les échanges. Kalundborg est le prototype d’un concept apparu au début des années 1990, celui de «parc éco-industriel».

    Ce système de partenariat croisé fonctionne sur le modèle de la nature: rien ne se perd, tout se transforme. Les échanges d’eau et de vapeur constituent l’élément centrale de la symbiose industrielle de Kalundborg. On dénombre dix-neuf flux d’échanges entre les partenaires. La raffinerie fournit de l’eau usée pour refroidir la centrale électrique qui vend à son tour de la vapeur à ladite raffinerie, à la ville de Kalundborg, mais aussi à une entreprise de biotechnologie pour le fonctionnement de ses fermenteurs; elle vend aussi de la vapeur à une usine de panneaux de construction et de l’eau chaude à une ferme d’aquaculture qui élève près de là des turbots. Soucieuse de désulfurer ses émissions gazeuses - l’une des principales causes de la pollution de l’air en milieu industriel -, la centrale a mis en service en 1990 une installation de désulfuration. Les gaz de combustion barbotent, avant d’être rejetés, dans un lait de chaux, ce qui donne du gypse, aussitôt transporté par camions jusqu’à l’entreprise voisine où il sert de matière première à la fabrication des panneaux de construction. Du coup, cette société a cessé d’importer du gypse naturel, jusqu’alors en provenance d’Espagne, réduisant du même coup ses charges de transport.

    3. Enfin, on peut chercher à imiter une multitude d'organismes vivants qui nous servent une bonne leçon d'humilité en accomplissant nonchalamment des tours de force dont nous pouvons seulement rêver! Prenons par exemple les algues bioluminescentes qui projettent des produits chimiques les uns contre les autres pour allumer leur lanterne corporelle. Les poissons et les grenouilles arctiques qui gèlent dur et reviennent à la vie, ayant protégé leurs organes des dommages causés par la glace. Les ours noirs qui hibernent tout l'hiver sans être empoisonnés par leur urine, tandis que leurs cousins polaires restent actifs, un manteau de poils creux et transparents protégeant leur peau comme les panneaux d'une serre. Les caméléons et les seiches qui se cachent sans avoir besoin de bouger en changeant la couleur et le motif de leur peau pour se confondre instantanément avec leur environnement. Les abeilles, les tortues et les oiseaux qui naviguent sans cartes, pendant que les baleines et les pingouins plongent sans scaphandres. Toutes nos inventions sont déjà apparues dans la nature sous une forme plus élégante et à moindre coût pour la planète. Nos plus intelligentes pièces d'architecture existent déjà dans les feuilles de nénuphars et dans les pousses de bambou. Notre chauffage central et nos systèmes de climatisation sont surpassés par les tours des termites qui réussissent à maintenir, avec une énergie minimale, une température constante de 86oF. Nos radars les plus efficaces sont durs d'oreille comparés à la transmission multifréquences des chauve-souris. Et nos nouveaux matériaux intelligents n'arrivent même pas à la cheville de la peau des dauphins ou de la toile des araignées.

    Comment font-ils? Comment les libellules font-elles pour surpasser nos meilleurs hélicoptères? Comment les oiseaux-mouches font-ils pour traverser le Golfe du Mexique avec moins du dixième d'une once de carburant? Comment les fourmis font-elles pour transporter l'équivalent de centaines de livres dans une chaleur torride à travers la jungle? Au bout de décennies d'études persévérantes, les biologistes et les écologistes ont découvert des points communs à tous les écosystèmes. À partir de leurs notes on peut commencer à deviner certaines lois naturelles fondamentales, certaines stratégies et certains principes:

    > La Nature fonctionne à l'énergie solaire.
    > La Nature utilise seulement l'énergie dont elle a besoin.
    > La Nature adapte la forme à la fonction.
    > La Nature recycle tout.
    > La Nature récompense la coopération.
    > La Nature capitalise sur la diversité.
    > La Nature recherche l'expertise locale.
    > La Nature ne fait pas d'excès.
    > La Nature utilise ses limites pour stimuler sa créativité.

    Selon Janine Benyus, le biomimétisme consiste à s'immerger dans la Nature, à interviewer la flore et la faune de notre planète, à encourager les ingénieurs et les biologistes à travailler ensemble en utilisant la Nature comme modèle et comme système de référence, et à préserver la diversité et le génie de la Vie.

    Interface utilise les services d'un designer d'origine britannique, David Okey, dont l'atelier est situé près d'un étang et d'un boisé naturels près d'Atlanta. Avant de concevoir un nouveau style pour les carreaux de tapis d'Interface, le designer est allé faire une promenade en forêt. C'était l'automne et le sol était jonché de feuilles multicolores qui, soulevées par le vent, tourbillonnaient dans les airs avant de retomber sur le sol en formant un tapis étonnamment semblable à celui qu'elles avaient formé avant d'être soufflées dans les airs. Okey se dit que, tel une feuille, pour qu'un carreau puisse être remplacé après quelque temps sans que l'apparence générale du tapis soit modifiée, il faudrait un motif et un mélange de couleurs aléatoires. Il s'est inspiré de la beauté du tapis de feuilles pour concevoir son nouveau modèle de carreaux de tapis qu'il a judicieusement nommé Entropy. Imaginez les avantages d'un tel design! Les installateurs peuvent poser les carreaux dans n'importe quel sens, les tailler et les juxtaposer aux autres carreaux, éliminant ainsi les retailles et, par conséquent, les pertes de temps, d'argent et de matériel. De plus, il est facile de remplacer un seul carreau, taché ou brûlé, sans changer l'apparence du tapis, même après plusieurs mois d'utilisation. Sans quoi, par souci esthétique, on aurait pu vouloir remplacer toute la surface! Voilà un bel exemple de design intelligent inspiré de la Nature...

    Enjeux

    Il s'est écoulé 3,8 milliards d'années depuis la première bactérie. Pendant ce temps, la vie a fait le tour du monde; elle a notamment appris à voler, à vivre dans les profondeurs des océans et au sommet des plus hautes montagnes, à capturer et à utiliser l'énergie solaire, à fabriquer des matériaux miraculeux (fil des araignées, émail des abalones), à produire de la lumière (lucioles, poissons lumineux) et même à construire un cerveau conscient. Collectivement, les organismes ont réussi à transformer les terres et les mers en un habitat propice à la vie, avec des températures constantes et des cycles qui s'écoulent en douceur. La nature a déjà réussi à régler la plupart des problèmes auxquels nous nous attaquons aujourd’hui. Les êtres vivants qui nous ont précédés ont déjà inventé tout ce dont nous rêvons, sans gaspiller de combustibles fossiles, sans polluer la planète et sans compromettre leur avenir. Quels meilleurs modèles pourrions-nous trouver?

    Essentiel

    Au bout de décennies d'études persévérantes, on commence à découvrir des points communs à ces réseaux entrelacés. On commence à comprendre certaines lois naturelles fondamentales, certaines stratégies et certains principes:

    La vie se développe à travers un réseau de co-évolutions.
    La nature récompense la coopération.
    La nature fonctionne à l'énergie solaire.
    La nature utilise seulement l'énergie dont elle a besoin.
    La nature ne fait pas d'excès.
    La nature puise sa créativité dans les limites qui lui sont imposées.
    La nature recycle tout.
    La nature recherche l'expertise locale.
    La nature capitalise sur la diversité.
    La nature adapte la forme à la fonction.

    La nature récompense la coopération.
    Toutes les plantes — comme d’ailleurs tous les animaux — ont besoin du voisinage de plusieurs communautés d’organismes différents. Il n’y a pas une seule plante qui puisse à elle seule soutirer de la roche ou du sol tout ce dont elle a besoin. Des expériences réalisées dans une forêt de la Colombie-Britannique ont démontré que les bouleaux fournissent du carbone aux sapins, sous forme de sucre transporté sous la terre par des réseaux fongiques qui relient les racines des deux espèces d’arbres. Si on recouvre les sapins d’une bâche, les bouleaux et les champignons rejettent plus de carbone dans l’atmosphère, ce qui indique que les sapins absorbaient ce carbone quand ils pouvaient pratiquer la photosynthèse (en présence de lumière). Les végétaux ne se livrent donc pas tous à une compétition sans relâche pour obtenir les ressources disponibles. On comprend mieux comment les plantes qui poussent dans l’ombre pendant de longues périodes parviennent à s’alimenter, en dépit du manque de lumière (Science News, vol. 152, p. 87). De même, «plusieurs choses sont nécessaires pour qu’un cheval vienne au monde. L’existence d’un cheval présuppose la présence d’herbe. L’herbe présuppose la présence d’une couche arable. Une couche arable présuppose la désintégration des pierres, l’apparition d’une végétation fongique, de vers de terre, de scarabées, de bactéries productrices d’humus, de fiente — une interminable série d’évolutions et de lignées parallèles à celle de notre cheval»2.


    La nature fonctionne à l'énergie solaire.
    Toute l’énergie utilisée sur notre planète provient de la même source: le Soleil. Cette énergie peut prendre plusieurs formes susceptibles d’être transformées les unes dans les autres: énergie solaire, lumineuse, thermique, énergie mécanique, dont l’énergie éolienne et les marées, énergie magnétique, atomique, nucléaire, énergie chimique, électrique, etc. Tôt ou tard, un système dépensera toute l’énergie qu’il a reçue. Mais plus il dispose de moyens différents lui permettant de recapter, de réutiliser et de redistribuer l’énergie avant qu’elle ne s’échappe, plus nombreuses seront les retombées du passage de cette énergie. Le développement de la vie, qui repose sur cette faculté de capter et d’utiliser l’énergie, nécessite la participation de multiples utilisateurs interdépendants.


    La nature puise sa créativité dans les limites qui lui sont imposées.
    Quand on observe une forêt tropicale à vol d’oiseau, il est facile de croire que cet écosystème est particulièrement riche en ressources. En effet, il ne peut pas manquer d’eau puisqu’une forêt tropicale reçoit au moins 200 centimètres de pluie chaque année. La température y est élevée - 25oC ou plus - mais son climat est stable. Si près de l’équateur, le manque de soleil ne semble pas être un problème. Les plantes et les animaux y sont nombreux et, grâce à la décomposition des organismes morts, le sol doit être riche en matières organiques. Mais cette impression est fausse. Presque toutes les forêts tropicales ont une couche de sol très mince, presque totalement dépourvue de minéraux. Le plancher de la forêt est généralement privé de lumière et souvent l’eau est retenue dans la canopée. Les plantes mortes s’accumulent rarement assez longtemps pour former un humus qui enrichirait le sol. Elles sont immédiatement récupérées par les champignons et les moisissures qui les décomposent et distribuent les nutriments aux autres êtres vivants (la nature recycle tout.). Comment une région qui fait face à de telles limites de ressources peut-elle produire un écosystème plus riche et plus diversifié que si la même région rendait l’eau plus accessible et offrait plus de lumière, un sol plus riche et plus de minéraux? On trouve la réponse dans le feedback et l’adaptation provoqués par les limites. La nature puise sa créativité dans les limites qui lui sont imposées. La rareté d’énergie, d’eau et de minéraux signifie que chaque espèce de plante ou d’animal est continuellement en danger d’épuiser ses réserves. Dans une jeune forêt, ce serait la catastrophe. Mais les espèces que la structure a rendu capables de survivre à une telle limite de ressources se perpétuent. Chaque avantage physiologique - chaque modification qui permet à un individu de se reproduire - tend à être conservé. La nature favorise l’expertise locale. Conséquemment, les espèces s’adaptent graduellement et définissent leurs spécialités, les niches dans lesquelles elles peuvent le mieux se tirer d’affaire. Si les ressources étaient abondantes dans les forêts tropicales, ces spécialistes n’existeraient pas. Les espèces qui croissent plus vite en consommant plus de ressources les domineraient rapidement et la forêt serait peuplée de quelques ilôts de monoculture. Les limites sont, en fait, la source des innovations dans la nature. Chaque stade de développement atteint sa limite, laissant place à la créativité. Si une innovation est adéquate pour relever le défi des limites, l’écosystème en tire profit. Donc, à cause de sa pauvreté en ressources, la forêt tropicale est extrêmement riche, avec plus de formes vivantes et plus de diversité que dans n’importe quel autre type d’écosystème. La diversité des organismes génère l’expansion de la biomasse, grâce aux multiples réutilisations de l’énergie. Aussi, près des deux tiers des espèces vivantes (biomasse) de la planète résident dans la forêt tropicale.


    La nature capitalise sur la diversité.
    Le rapport étroit entre le volume de la biomasse et le nombre d’espèces a été évalué par une équipe de chercheurs des universités du Minnesota et de Toronto. Ils ont planté 147 lots dans les prairies du Minnesota, chaque lot contenant de une à vingt-quatre espèces indigènes, isolées ou selon diverses combinaisons. Il s’avéra que plus le nombre d’espèces dans un lot était élevé, plus il produisait de biomasse. D’autre part, ils ont mesuré la plus grande quantité d’azote dans les lots où poussaient le plus grand nombre d’espèces, tandis que l’azote filtrait à travers le sol sans être utilisé là où il y en avait moins. Les chercheurs ont conclu que Darwin avait raison de croire que plus le nombre d’espèces est élevé, plus l’utilisation des ressources est efficace. The Globe and Mail (Toronto, le 9 mars 1996). Dans la revue Science du 7 novembre 1997, William F. Laurance et Thomas E. Lovejoy font état d’un constat similaire. Ils ont étudié des îlots résiduels de forêt au Brésil, de dix à dix-sept ans après que les terrains avoisinants eurent été exploités. Ces îlots contenaient moins d’espèces végétales et animales que les parcelles de taille comparable dans les forêts intactes. Une mesure du diamètre de 56 000 arbres a permis de constater que le volume de biomasse était également moindre. Dans certains cas, la baisse de diversité était accompagnée d’une diminution du volume de la biomasse allant jusqu’à 36%.
    Date de création : 2012-04-01 | Date de modification : 2013-03-20
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