Biomimétisme : Quand la nature nous aide à sortir de nos impasses

Résumé par Gauthier Chapelle de l’article paru dans le N° 60 (hiver 2008-2009) du magazine Nouvelles Clés

Connaissez-vous le biomimétisme ? Schématiquement, la démarche consiste, chaque fois que l’on se trouve face à un problème, à se demander si la nature n’aurait pas déjà rencontré le même problème avant nous et, le cas échéant, comment elle l’a résolu, et aussi quelles solutions elle a résolument évitées – et pourquoi.

Comme le dit Janine Benyus, la naturaliste américaine qui a inventé le concept de « biomimicry » (imitation du vivant), titre d’un best-seller mondial « Biomimicry – Innovations inspired by nature », le service « Recherche & Développement » de la vie a près de quatre milliards d’années d’ancienneté, alors que la plupart des nôtres n’ont pas cinquante ans – au mieux trois siècles, pour nos très très anciennes industries.

Nous sommes une espèce encore en adolescence qui, par la science, a compris les choses de façon plus consciente, et qui fait un peu tout et n’importe quoi, mais qui tôt ou tard, sera rattrapée par son système, la Terre. Que faire ? Demander l’aide des « anciens ». Les experts de la durabilité sont tout autour de nous. Toutes les espèces vivantes, si elles sont là, c’est qu’elles maîtrisent au moins leur propre durabilité. Et elles le font dans le même écosystème que le nôtre, donc ça nous intéresse. Nous pouvons rendre nos technologies durables grâce à la nature. L’approche biomimétique distingue trois niveaux de complexité et de durabilité croissante : imiter la forme, imiter le procédé et imiter la stratégie et même la philosophie.

Les imitations de forme

Pour le premier niveau, l’exemple type est celui du TGV japonais, le Shinkansen. Traversant beaucoup de tunnels étroits, il avait un problème : chaque fois qu’il y entrait, l’air se trouvait brutalement comprimé, provoquant un ralentissement. L’ingénieur en charge se demanda qui, dans la nature, passe aussi brutalement d’un milieu léger à un milieu dense. Passionné d’ornithologie, il a pensé aux oiseaux qui plongent brutalement de l’air à l’eau. Il a donc modélisé un certain nombre de becs et de crânes d’oiseaux plongeurs, avant de pouvoir tracer la forme du TGV idéal, avec une baisse de 10% de la consommation électrique dans les tunnels, ce qui se traduit par des économies, moins de CO2 dans l’atmosphère, etc.

Les imitations de procédé

Deuxième niveau de complexité : imiter un procédé naturel pour fabriquer des matériaux. L’exemple le plus flagrant concerne le solaire. Des panneaux solaires, il y en a partout autour de nous, puisque tout végétal utilisant la fonction chlorophyllienne, inventé il y a deux milliards d’années par les algues bleues, capte l’énergie solaire, la transforme en électricité pour la stocker sous forme de sucre. Ces panneaux solaires naturels sont très variés, il y en a pour temps sec, pour temps humide, pour lumières intense, pour pénombre, etc. Actuellement, plusieurs labos dans le monde travaillent sur ce qui sera une industrie photovoltaïque organique, le solaire de troisième ou quatrième génération, basé sur les mêmes matériaux que les chloroplastes dans les cellules végétales. On ne s’intéresse qu’à la première partie du processus, à la façon dont le végétal transforme la lumière en électricité, pas à la fabrication du sucre… Cela devrait donner non plus des capteurs à base de silicium, mais des films organiques très fins, biodégradables et fabriqués à bas coût, alors que, pour le moment, la fabrication des capteurs en silicium prend beaucoup d’énergie et leur recyclage est difficile.

Restons avec le silicium. C’est en le faisant fondre à très haute température, avec beaucoup d’énergie que nous fabriquons notre verre. Or, il y a plusieurs organismes dans la nature, en particulier les éponges, qui savent bâtir des structures de silicium beaucoup plus solides… et à température ambiante ! Et figurez-vous que le squelette de certaines éponges est fait de fibres de silicium qui ont les mêmes propriétés de conduction de lumière que les fibres optiques, avec en plus cet avantage énorme que vous pouvez faire des nœuds avec, alors que nos fibres optiques se cassent si vous tentez de les tordre. Autrement dit, les fibres de silicium naturelles sont bien supérieures à celles qui sortent de nos usines. Il y a aujourd’hui des labos qui travaillent avec des biologistes marins connaissant bien les éponges, pour fabriquer des fibres, et même des pare-brises, dans des bains d’eau froide ! Comment ? En trouvant quelles enzymes vont savoir pousser le silicium à se structurer suivant un schéma donné. À terme, c’est une filière très prometteuse, qui pourrait remplacer toutes nos verreries.

Les imitations de stratégie

Le troisième niveau est selon l’auteur le plus intéressant : on imite cette fois un ensemble d’interrelations, des écosystèmes entiers. Pas n’importe quels écosystèmes, mais des systèmes « matures », par exemple les forêts tropicales, les vieilles forêts tempérées ou les récifs coralliens, à distinguer des systèmes « pionniers », qui s’installent après une éruption volcanique, un glissement de terrain, un incendie de forêt, etc. Les espèces pionnières, quand elles démarrent, ne sont pas nombreuses, assez spécialisées, se reproduisent comme des lapins, utilisent un maximum de ressources, en gaspillant beaucoup, etc. En même temps, elles préparent le terrain aux systèmes matures… Par bien des aspects, elles rappellent notre façon humaine de fonctionner. Les écosystèmes matures, eux, obéissent à toute une série de principes de fonctionnement, que Janine Benyus appelle les « principes du vivant » :

• Utiliser les déchets comme ressources,

• Diversifier et coopérer,

• Optimiser plutôt que maximiser,

• Utiliser efficacement l’énergie,

• Utiliser les matériaux avec parcimonie,

• Acheter local,

• Ne pas souiller son nid,

• Ne pas épuiser ses ressources,

• Se nourrir d’informations,

• Etc.

Nous commençons tout juste à prendre connaissance de ces principes, et n’en mettons que très peu en pratique. Un des concepts tiré du premier principe, par exemple, c’est l’écologie industrielle, où l’on essaye de juxtaposer plusieurs activités de façon à ce que les déchets des unes servent de matières premières aux autres. On cite toujours l’exemple de la municipalité de Kalundborg, au Danemark, parce que c’est encore très rare. À notre époque, même quand on crée une nouvelle zone industrielle, on ne cherche pas d’abord à coordonner entre elles les activités complémentaires. Seuls les Chinois sont en train de le faire systématiquement, en lançant ce qu’ils appellent l’« économie circulaire », qui cumule des avantages économiques et écologiques évidents. Dans ce système-là, les déchets, non seulement ne coûtent plus, mais ils prennent de la valeur. Voilà la logique du vivant !

Autre principe, optimiser plutôt que maximiser. Quand nous, humains, cherchons à faire un panneau solaire, dès la première rangée d’exposition, nous tentons de capter un maximum de lumière. Les plantes s’y prennent très différemment : la première feuille prend un peu de lumière, mais en laisse passer beaucoup, vers d’autres feuilles situées derrière elle, et ceci, un grand nombre de fois. La nature ne vise pas l’efficacité maximale d’une feuille, mais l’optimisation du système entier et c’est beaucoup plus efficace.

À ce troisième niveau de complexité, on observe aussi ce que la nature ne fait pas pour régler le même problème que nous. Par exemple, pour se protéger des insectes, les plantes n’utilisent pas le transfert de gènes comme le font les OGM. Dans la nature, ces transferts existent uniquement chez les bactéries, pas chez les espèces supérieures comme les plantes et les animaux. Et si la nature ne le fait pas, ce doit être pour de bonnes raisons (même si, en logique, cet argument est insuffisant). On sait ainsi que le changement climatique va modifier le rapport sol/climat en permanence. Le principe de résilience du vivant, c’est la diversité et la redondance, dont l’addition fait que, quand la situation change dans un écosystème, une espèce minoritaire s’avère plus adaptée et devient majoritaire. Plus la période deviendra instable, plus on aura donc besoin d’une biodiversité élastique. Or les OGM représentent un vrai rouleau compresseur pour la diversité. C’est donc juste le contraire de ce qu’il faut faire.

Au regard du biomimétisme stratégique, un nombre considérable de nos pratiques sont à revoir. Par exemple, le vivant ne prend pas le risque insensé de brancher toutes ses unités sur une seule source d’énergie ; chaque arbre a sa source d’énergie, nous devons faire pareil. Dans la nature, il existe des poisons, mais qui ne durent pas et sont très biodégradable, alors que nos poisons organo-chlorés s’accumulent dans la chaîne alimentaire pendant cent cinquante ans et ne se dégradent pas. L’eau, qui est le grand diluant universel de la nature, doit l’être aussi dans nos activités, plutôt que nos solvants hyper agressifs.

Consommer les productions locales ? On commence à comprendre l’absurdité de l’inverse : le vivant ne pratique pas le luxe idiot de se nourrir de denrées venues du bout du monde – les seuls qui pourraient le faire, ce sont les baleines ou les albatros, mais pas avec des moteurs à combustible ! Bref, nous avons énormément de progrès à faire et c’est une bonne nouvelle : il y a là de gigantesques gisements d’économie d’énergie et de progrès. Sans perte de confort : vous avez constaté avec quelle jouissance les espèces vivantes non humaines s’ébrouent dans la nature sauvage ?