Ces découvertes scientifiques dans la nature faites en 2020 et qui pourraient mener à des inventions

Atlantico : La nature inspire la technologie et cette année les scientifiques ont découvert dans le monde naturel des pistes qui pourraient conduire à de nouvelles inventions. Par exemple, comment l’étude de la succion de poisson-bêche pourrait-elle nous aider à développer de nouveau outils ? 

Catherine Brechignac : Les Remoras (du latin qui veut dire frein obstacle) ou poissons ventouses, ou poissons bêches, sont des poissons, répandus surtout dans les mers chaudes, dont la tête est pourvue d'un disque adhésif qui leur permettent de se fixer sous le ventre des Requins, et autres grands animaux marins (tortues de mer, dauphins et même aux bateaux !) Les hommes depuis fort longtemps ont fait la pêche au rémora c.a.d. On utilise l'habitude qu'ont les Rémoras de se fixer sur tous les supports flottants pour capturer les Tortues marines endormies en surface.

A la recherche de nouveaux matériaux bioinspirés les scientifiques ont cherché à comprendre pourquoi le disque ventouse des remoras était aussi efficace. Ils ont montré qu’au lieu d’une ventouse lisse, une ventouse formée d’un grand nombre de lamelles, comme c’est le cas chez le remora, augmente l’adhérence au cisaillement. Ils ont fabriqué ce type de ventouse et ont même pu dépasser de 60% la force à appliquer pour retirer des remoras vivants attachés à la peau de requin. Bioinspired remora adhesive disc offers insight into evolution by Kaelyn M Gamel et al 2019 Bioinspir. Biomim. 14 056014. Voici un nouveau type d’adhérence mécanique, plus efficace pour le futur.

Les insectes fascinent par leur petite taille et leur résistance extraordinaire et le coléoptère diabolique cuirassé en est bien l’exemple. Comment sa carapace ultra-solide pourrait-elle inspirer les ingénieurs ? 

Le scarabée cuirassé diabolique résiste à l’écrasement comme aucun autre. Il ne cède que sous une pression correspondant à 39 000 fois son poids. Pourquoi ? Une équipe de l’Université Purdue et de l’Université de Californie à Irvine explique pourquoi : Le scarabée cuirassé diabolique ne vole plus, mais il a tout de même conservé des élytres, – les lames qui s’ouvrent et se ferment sur les ailes des coléoptères aériens – qui ont fusionné conduisant à une carapace solide en forme de puzzle dont les diverses parties sont reliées par des joints. Plus précisément, l’analyse des élytres a révélé être composées de couches de chitine, (C8H13O5N)n, un matériau fibreux de la famille des sucres, et d’une matrice protéique. Les joints jouent alors un rôle clé dans la solidité de la carapace.

Imiter la structure de la carapace du scarabée à l'aide d'une multitude de joints de métal et de matériaux composites a permis d’augmenter significativement la solidité de structures métallique sous compression. Une avancée prometteuse pour améliorer la sécurité des appareils à la pression, mais aussi pour parvenir, peut-être, à repousser l'usure des machineries

En quoi l’ondulation des serpents volants est-elle intéressante dans la construction robotique ? 

Les serpents ont une habileté à se mouvoir facilement dans n'importe quel environnement. De plus glissant d’une branche à l’autre ou du haut d’un arbre à terre il semble voler en ondulant comme un ruban. Cette capacité a été étudiée par différentes équipes de scientifiques depuis longtemps. En 2020 une équipe de scientifiques a équipé sept serpents de bandes réfléchissantes pour enregistrer leurs sauts sur des caméras à grande vitesse, puis a recréé leur voltige à l'aide d'une modélisation 3-D, afin de comprendre comment le mouvement ondulant du serpent lui permet d’aller vite tout en restant stable lorsqu’il franchit un obstacle. Le serpent divise alors son corps en trois sections les parties avant et arrière ondulent tandis que la section entre les deux reste raide et comble la hauteur de l’obstacle.  L’idée est de mettre au point un robot serpent stable qui peut franchir facilement de grands obstacles et de se faufiler dans des espaces restreints. Des scientifiques de Université John Opkins ont alors construit, selon eux, le plus rapide et le plus stable robot jamais conçu.

Cette réalisation va ainsi contribuer au développement des moyens de recherche et de sauvetage dans des espaces inaccessibles en cas de catastrophes naturelles (séismes, intempéries, attentats...). Le robot peut monter dans un bâtiment, glisser rapidement vers une autre zone, mais aussi glisser ou nager dans des canalisations pour les nettoyer.

Comment des minuscules créatures marines pourraient-elles nous aider à concevoir des outils de filtration plus performants ? 

L’étude est trop prématurée aujourd’hui. Le problème de ces filtres bioinspirés par les « palais de mucus » est qu’ils s’encrassent très rapidement. Les minuscules créatures marines les refabriquent continuellement.

Nous détestons les mites et pourtant elles pourraient nous aider à concevoir un matériau ultra insonorisant. Comment cela est-il possible ? 

Pour éviter les prédateurs, les mites se font silencieuses. Les ailes de chaque mite sont couvertes de dizaines de milliers de ces minuscules écailles, chacune d'une longueur inférieure à un millimètre et d'une épaisseur de quelques centaines de micromètres. Chaque écaille déforme le son de l'aile, ralentit son énergie acoustique et réfléchit donc moins de sons. "Les écailles sont, elles-mêmes, très structurées à l'échelle du nanomètre avec des couches supérieures et inférieures fortement perforées et ondulées qui sont interconnectées par un réseau de minuscules piliers", explique l'auteur de l'étude, Marc Holderied de l'université de Bristol.

Ainsi les techniques d'insonorisation inspirées des mites pourraient nous aider à concevoir un matériau ultra insonorisant. Plutôt que d'installer des panneaux encombrants dans les maisons et les bureaux, il est envisageable d'utiliser des papiers peints recouverts de nanostructures en forme d'écailles dont la structure est analogue à celle des mites qui permettrait d’absorber le son. Imaginer une peinture avec ce genre d’écailles est alors à tester pour être utilisable dans les transports.

Propos recueillis par Vincent Pons