Biomimétisme et thermorégulation : jouer avec les températures, un jeu naturel
Biomimicry is an approach which consists in drawing inspiration from nature's know-how in order to innovate. It aims at harvesting the intelligence of natural strategies and at transferring them to compagnies and human technologies.
This disruptive approach is a powerful lever for innovation and a real performance accelerator. It allows us to develop relevant, competitive and sustainable bioinspired solutions for companies.
Pour contrôler la température dans des conditions si diverses, de nombreux défis se présentent.
Tout d’abord, les questions d’isolation thermique sont essentielles pour parvenir à garder une température constante indépendamment des conditions extérieures, qu’il s’agisse de maintenir un endroit chaud ou froid. Cela n’est en général pas suffisant, et des mécanismes de chauffage ou de refroidissement sont aussi nécessaires. Moins ces mécanismes consomment d’énergie, mieux c’est, tant du point de vue économique qu’environnemental.
Enfin, lorsque des processus génèrent de la chaleur, il faut pouvoir dissiper efficacement cette chaleur. Les problématiques de thermorégulation sont donc complexes et variées, et les progrès dans ce domaine sont nécessaires pour de nombreuses applications.
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La Nature n’échappe pas à ce besoin de thermorégulation.
Au contraire, les réactions chimiques nécessaires à la vie, et plus particulièrement les métabolismes de chaque être vivant, sont efficaces dans des gammes de température restreintes, alors que les températures extérieures, dans l’air ou dans l’eau, varient énormément au sein d’une journée, d’une année, ou encore géographiquement.
Ce n’est pas pour rien que les oiseaux migrateurs volent vers des contrées plus chaudes en hiver ! Les animaux qui hivernent ou hibernent ont choisi une autre stratégie contre le froid : puisqu’il les rend moins efficaces, ils travaillent moins. De nombreux autres mécanismes sont mis en œuvre par toutes les espèces pour adapter leur température, comme toujours dans la nature de façon la plus économe en énergie possible.
Ainsi, les fourrures ou les plumages isolent les animaux qui les portent, la transpiration refroidit plantes comme animaux, et les nids ou terriers forment une protection contre les températures extérieures.
Enfin, des comportements, individuels ou collectifs, jouent aussi un rôle essentiel dans la thermorégulation animale.
Refléter le Soleil pour ne pas chauffer : la thermorégulation des fourmis du Sahara
Les fourmis argentées vivent dans le désert du Sahara. Elles doivent se protéger des conditions arides qui y règnent : la température de leur corps doit rester entre 48°C et 51°C, alors que sous le soleil la température du sol peut dépasser les 70°C !
Contrairement à de nombreuses espèces des déserts chauds, leur stratégie n’est pas de vivre la nuit et se cacher le jour. Comment survivent-elles à de telles températures ? Leurs poils leur offrent une belle protection. Grâce à leur forme triangulaire, ils reflètent la majorité des rayonnements solaires reçus, ce qui limite la chaleur apportée par le Soleil. C’est cette réflexion qui donne leur jolie couleur argentée à ces fourmis !
De plus, la microstructure de ces poils permet une bonne émissivité des rayonnements infrarouges, ce qui refroidit efficacement la fourmi.
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Isoler comme la fourrure des ours polaires
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Un textile isolant a été mis au point en reprenant cette structure. Composé de fibres poreuses, ce textile est à la fois léger, résistant et isolant thermiquement. Il permet ainsi, comme la fourrure de l’ours blanc, à la fois de maintenir une différence de température entre l’extérieur et l’intérieur et de limiter l’émission de rayonnements thermiques. Entre autres applications, il peut alors servir de cape d’invisibilité pour caméra infrarouge !
Un échangeur thermique inspiré du système vasculaire humain
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Les systèmes de micro-électronique nécessitent une thermorégulation efficace afin de ne pas surchauffer. La taille des composants, de plus en plus petits, impose d’améliorer encore et toujours l’efficacité des systèmes de thermorégulation. Pour cela, pourquoi ne pas s’inspirer de notre propre thermorégulation ? Ainsi, un algorithme permettant d’optimiser la taille et l’organisation des canaux d’un échangeur thermique a été développé en s’inspirant du système vasculaire. La disposition obtenue permet, dans le cas testé, de diminuer de 24°C la température maximale par rapport à une organisation classique de canaux parallèles.
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