La Bionique

Contraction des mots « biologie » et « technique », la bionique est la science qui étudie les inventions de la nature pour s’en inspirer dans des structures, des machines et des robots.

Formes, structures, matériaux, mécanismes, stratagèmes et organisation de systèmes complexes sont mis au point dans la nature depuis 4 milliards d’années.

La Bionique, essentiellement pluridisciplinaire, observe les inventions de la nature pour concevoir, améliorer et perfectionner les inventions humaines.

Réseau de trabécules osseuses de l’humerus d’un pélican.

La coupe longitudinale d’un os long (humerus) de pélican illustre l’invention de la nature des réseaux de trabécules osseuses qui allègent le squelette d’un oiseau et vont initier des inventions humaines de structures légères.

Léonard de Vinci faisait de la bionique lorsqu’il s’inspirait des ailes des chauve-souris pour mettre au point les dessins de ses projets de machines volantes.

Léonard de Vinci et La Bionique

La vis aérienne (en haut), 1486, est considérée comme la base de l’hélicoptère, et le dessin du dessous représente l’expérience sur la force de levage d’une aile.

La Bionique

Architecture de la voilure d’une chauve-souris en vol. Elle a servi de modèle à Léonard de Vinci et Clément Ader.

La voilure de la chauve-souris sera imitée exactement par Clément Ader pour son avion « Eole ».

La Bionique

L’avion de Clément Ader imite la structure des ailes d’une chauve-souris

La membrane en pongé de soie, de l’avion, présente des coutures dont l’orientation reproduit fidèlement les muscles et les tendons du mammifère aérien.

Le plan légèrement incliné de l’avion, avec un bord d’attaque réglable, facilite l’envol et le maintient en l’air.

Ses ailes sont sustendues par un squelette conçu avec un nombre d’éléments quasi identiques au nombre d’os de la chauve-souris.

A l’image des os creux des vertébrés volants, l’armature des ailes était réalisée avec des tuyaux creux faits de faisceaux de bois de pins tels que les luthiers les utilisaient, assemblés selon la méthode des tonneliers.

Pour augmenter leur résistance, Clément Ader les a lardés de chevilles de bois disposées de façon aléatoire, à la manière des trabécules* des piliers osseux que sont les os spongieux .

Trabécules internes d’un os long

Clément Ader alla jusqu’à replier les ailes de son avion à l’arrêt , à la manière des chauve-souris.

La Bionique

Sturmflügel-Modell (modèle d’aile de tempête) 1894. La première aile volante

Ignaz Etrich (avec Otto Lilienthal) et son fils Igo Etrich ont construit la première aile volante en copiant les caractères d’une graine de courge.

Plus tard, son fils Igo Etrich tenta d’équiper ce planeur avec un lourd moteur 40 chevaux-vapeur, il la nantit d’une queue stabilisatrice... identique à celle du pigeon. C’est ainsi que fut conçu le Taube , bel avion d’observation de la Première Guerre mondiale (1909) dont les ailes étaient transparentes.

La graine de la Grande Zanonie

La graine de la grande zanonie Alsomitra macrocarpa, une cucurbitacée des Iles du Pacifique, possède une voilure de 15 centimètres en forme de boomerang. .

La charge utile de la graine de grande zanonie et l’embryon avec ses réserves, sont centrés vers l’avant. Par jour de vent, ce dispositif permet à la graine de passer d’îles en îles, même distantes de dizaines de kilomètres.

Ses extrémités relevées en « toit de pagode » lui assurent une très bonne stabilité.

La peau du dauphin, dotée d’une structure qui en fait un système amortisseur viscoélastique, a servi de modèle pour un revêtement antiturbulent, le Laminflo, qui améliore sensiblement la vitesse du sous-marin. Il a été breveté en 1960 par Max O. Kramer, ingénieur allemand, spécialiste d’aérodynamique et travaillant aux Etats-Unis.

la peau du dauphin présente trois couches ; la première lisse, mince et souple, correspond à la strate supérieure de l’épiderme. La seconde, entre les deux autres, est constituée par un tissu spongieux, dont les interstices sont gorgés de liquide. La troisème couche, profonde et ferme, le derme, qui émet, dans la couche spongieuse de l’épiderme, une multitude de petites colonnettes plus ou moins irrégulières, implantées sur des rides parallèles.

Dans la peau du dauphin, comme dans ce revêtement, l’écoulement du liquide emprisonné sous une couche élastique est ralenti par une série d’obstacles (papilles, cylindres souples, ressorts).

Revêtement anti-turbulent

Inspiré par l’observation et l’étude de la structure externe de la peau des dauphins, le Laminflo est inventé par Max Kramer et son brevet déposé en 1960.

D’autre part, certains poisson rapides comme le barracuda Sphyraena argentea, la truite, le brochet, sécrètent un mucus réduisant les turbulences qui s« amorcent lors de leurs fortes accélérations. On a découvert que certains polymères comme le polyoxyde d’éthylène, peuvent »lubrifier" l’eau comme le mucus de ces poissons. L’une des applications de ce principe est mise en oeuvre par les pompiers, en ajoutant une très petite quantité de polyoxyde d’éthylène à l’eau de leurs lances, ils peuvent en améliorer la portée et le débit.

Des architectes se sont inspirés de la forme du squelette de minuscules organismes du plancton marin pour construire des structures légères.

Certains robots à six pattes « marchent » comme des insectes, d’autres rampent comme des vers de terre. Des avions copient les formes ou les dispositifs des oiseaux et des chauves-souris.

Georges de Mestral, ingénieur suisse, eut l’idée de fabriquer le Velcro (de velours et crochet, du nom des matériaux dont il était fabriqué à l’origine) en observant les fruits secs de la bardane (Arctium lappa) qui s’accrochaient dans les poils d’un chat. Difficiles à détacher, le mécanisme de ces crochets restait intact, prêt pour un nouvel accrochage. Au microscope, l’ingénieur constata que le tegument de la fructification était hérissé de minuscules crochets très recourbés. Par leur disposition aléatoire, ils sont prêts en permanence à agripper n’importe quel tissu. Lorsqu’on tire sur le fruit, les crochets cèdent grâce à leur très grande souplesse. Le mécanisme d’accrochage revient à sa position initiale pour un autre accrochage, sans être abîmé.La fermeture à glissières Eclair survit encore dans certains vêtements.

Sir joseph Paxton s’est inspiré, pour ses verrières à éléments rectangulaires, de la feuille flottante ronde, à architecture rayonnée, de Victoria amazonica.

Trabécules internes d’un os long

* TRABECULE : en anatomie et en biologie : filament qui forme, en s’anastomosant avec d’autres filaments du même type, un tissu réticulé`` (Méd. Biol. t. 3 1972). Trabécule osseuse.

De même, la tête et le col du fémur sont faits d’os spongieux où s’entrecroisent de petits éléments plus résistants (ou trabécules) disposés le long des lignes de contrainte exercées sur cette partie du squelette lors de la station debout (Le Monde aujourd’hui, 27-28 janv. 1985, p. IX, col. 3).
Prononc. : [tʀabekyl]. Étymologie : vient du latin trabecula « petite poutre », dér. de trabs, trabis « poutre ».