Le Biomimétisme
Vous connaissez les requins sous leurs aspects les plus généraux, voilà pourquoi nous décrirons à présent cette espèce sous les caractéristiques qui la représentent :
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- le requin est l'une des espèces les plus vieilles encore existantes, il est même présent sur Terre depuis plus longtemps que les arbres (450 millions d'années environ contre "seulement" 370 millions pour les arbres) !
- l'espèce a survécu à plusieurs extinctions de masses sans difficultés, alors que plus de 95% des espèces de l'époque se sont éteintes...
- plus de 465 espèces de requins différents ont étés répertoriées, chacune avec des spécificités impressionnantes.
- le requin fait partie des organisme vivants (végétal ou animal) les plus évolués de toute la planète, sa capacité d'adaptation à son milieu est la plus poussée jamais découverte...
- les squales sont présents dans presque tout les points d'eau du globe (rivières, océans, mers, quels que soit les températures, de l'océan indien jusqu'à l'océan arctique, peu importe la profondeur, de 0 à 1000 m) et partout où ils se trouvent, ils dominent toutes les autres espèces et sont le maillon dominant de la biosphère dans laquelle ils vivent.
- mise à part l'humain et les orques de temps en temps, le requin ne craint aucun autre animal, car son adaptation à son milieu aquatique le rend impossible à concurrencer
- la puissance de la morsure de ce redoutable animal dépasse les 3 000 kilos par centimètre carrés
- le requin possède une dentition surdéveloppée, et il peut écouler jusqu'à 300 000 dents en une seule vie !
- les sens du requins sont impressionnants: leur odorat dépasse de loin celui de tout autre animal, pouvant remarquer et détecter une molécule parmi un million ! le chien n'est rien en comparaison... ; son ouïe n'est pas en mal non plus, car il peut percevoir un son à plus de 2 kilomètres à la ronde ! ; son goût est à peine plus limité, et sa vision est également très élevée pour un animal aquatique.
Mais comme si cela ne suffisait pas, en plus de ces 5 sens impressionnants, le requin en a un sixième ! il s'agit de l'électroréception, grâce aux ampoules de Lorenzi disposés sur son nez, le requin est capable de percevoir les champs électriques alentours ! il peut ainsi détecter l'énergie électrique des mouvements de ses proies, et même l'énergie électrique des battements de cœur alentours !
- sa durée de vie est de 20-30 ans à l'état sauvage
- le plus gros spécimen de requin connu est le mégalodon, avec ses 16 mètres de long, il a dominé toute la biosphère de son époque mais est disparu depuis longtemps. Pourtant, la taille moyenne des requins n'excède pas le mètre.
- le requin est une espèce aquatique centrale de toute la chaîne alimentaire mondiale, il s'y est implanté au bout de ses millions d'années d'existence et régule donc à lui seul la vie ; les études ont démontrés que si cette espèce venait à disparaître, cela engendrerait une réaction en chaîne par le lien proie/prédateur qui s'achèverait par la mort de trois quarts des espèces vivantes sur Terre, dont l'espèce humaine....
- le requin n'est pas difficile niveau nourriture, il mange aussi bien des poissons que des calamars, des tortues, des dauphins, des mollusques, d'autres requins, ... et même des ordures qu'ils recyclent !
- le plus petit requin existant mesure moins d'une vingtaine de centimètres.
- la plupart des requins ne peuvent pas s'arrêter d'avancer, car ce mouvement leur permettent de faire passer l'eau dans leurs branchies et de respirer, s'ils s'arrêtent, ils suffoquerons et succomberons d'étouffement...
- hélas, les requins sont menacés par notre faute, nous en tuons des centaines de milliers par ans pour des besoins aussi futiles que de la soupe, du maquillage et des substituts de médicaments qui ne soignent rien ; et bien souvent, nous les amputons juste de leurs ailerons avant de les rejeter dans la mer, où ils se démènerons désespérément, sans moyens d'avancer, en étouffant lentement et lamentablement avant de mourir dans d'atroces souffrances de suffocation...
- malgré les apparences, chaque année, ce sont moins de 5 personnes qui meurent de l'attaque des requins, c'est moins que ce que cause chaque année la chute de noix de cocos !
- les requins n'arrivent pas à digérer la viande humaine, et ne supportent pas son goût, ce pourquoi les squales ne mangent pas d'humains.
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Le requin
Notre second exemple d'innovation biomimétique concerne un animal que nous connaissons tous, tant pour la crainte injustifiée que nous ressentons à son égard que pour ses qualités de super-prédateur éprouvées par des millions d'années d'évolutions. Cet animal mythique, c'est le requin, et c'est le sujet de cette page sur les exemples au biomimétisme. Bonne lecture.
Il s'agit sans contexte de l'un des miracles de l'évolution biologique les plus aboutis ayant jamais existé sur Terre, ainsi, son intérêt au niveau biomimétique est plus qu'important ; et c'est pour cela que nous l'avons choisi.
Si cette merveille de la nature venait à disparaître, non seulement ce serait le début d'un apocalypse sans précédent qui causerait la disparition de 90% des espèces (dont l'humanité, qui participe activement à son massacre), mais cela nous priverait par la même occasion d'un puit immense de connaissances et d'application révolutionnaires ; nous allons vous le montrer dans cette page.
Maintenant que vous vous êtes familiarisés, grâce à notre page sur le gecko, avec notre manière de structurer nos pages d'exemples biomimétiques ; nous n'aurons plus à vous dire que nous nous organiserons ainsi :
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Biologie de l'espèce animale/ Principe physique/ Application correspondante
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Biologie de l'espèce animale :
Nous supposons que vous en savez suffisamment sur le requin pour que nous puissions passer directement à une analyse détaillée de l'espèce et de ses caractéristiques au niveau biologique.
Tout comme pour le gecko, nous allons également placer le requin dans l'arbre du vivant :
(vous pouvez cliquer sur les images pour accéder aux pages internet correspondantes)
Le requin, désigné par le terme "sélachimorphe", appartient bien sûr, au règne animal, il est associé à l'embranchement des chordés, puis à celui des vertébrés, il est ensuite classé dans les chondrichtyens et enfin, dans la famille des Elasmobranchii .
Parmi ces particularités incroyables, la caractéristique du requin qui intéresse le plus les scientifiques (en particulier les ingénieurs) du point de vue biomimétique est la suivante :
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- de part son évolution au niveau biologique et de son adaptation à son milieu aquatique, qualifiées par de nombreux scientifiques comme parfaites, le requin a acquis une capacité vitale pour sa survie et sa dominance vis-à-vis des autres espèces...
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- cette faculté captivante est sa capacité à se mouvoir avec une vitesse impressionnante sans aucuns efforts dans son milieu, l'eau, alors que cette matière offre une résistance au mouvement très élevée.
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- une grande partie de la raison de cette vitesse s'explique par sa prodigieuse musculature et par la structure de ses nageoires.
- mais l'explication se trouve surtout dans la composition et la structure de sa peau externe, elle offre une résistance très basse au milieu lorsque l'animal se déplace, lui offrant un une très faible résisantce au déplacement dans les fluides(hydrodynamisme) et une rapidité folle.
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- toutes les espèces de requin profitent de ce talent, et c'est le requin mako qui dépasse ses congénères en terme de vitesse avec plus de 50 km/h sans gros efforts ! là où le meilleur nageur humain n'excède pas les 9 km/h...
- en réalité, ce qu'on considère comme la peau du requin est plutôt qualifiée comme un squelette externe, car sa "peau" est recouverte de millions de "dents", les denticules cutanées qui mesurent vers les 0.06 millimètres (en fonction des espèces) et qui possèdent des micro-rainures améliorant la vitesse d'écoulement.
Et c'est cela le secret de la vitesse du requin, ce corset cutané, en plus d'offrir au requin une protection de sa structure interne et de ses muscles à l'épreuve de toute attaque naturelle ; il octroi à son possesseur (ici, le requin) un hydrodynamisme défiant toute concurrence, réduisant à presque zéro les turbulences occasionnées par le déplacement ainsi qu'une économie en énergie remarquable...
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- ce qu'il fait la force de cette "dentition dermique", c'est qu'elle est réalisée en fibres de collagène flexibles, disposés de manière complexe, hélicoïdale en réseau autour du corps des squales.
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- de surcroît, cette peau rugueuse faite en "dents" permet d'empêcher aux micro-organismes, aux microbes, de s'y installer, ce qui est extrêmement avantageux et intéressant dans le domaine de l'ingénierie navale...
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Le gros du travail d'analyse de la caractéristique biomimétique du requin est ainsi fait par la biologie, ce que nous avons fait.
C'est donc bien la composition, la disposition et surtout par la fantastique évolution de cette espèce que nous pouvons expliquer les spécificités de sa "peau". C'est cette structure épidermique qui est la faculté la plus intéressante à mimer de toutes celles détenues par le requin, sans doute l'animal le plus évolué encore existant...
Il nous suffit à présent d'étudier les principes physiques qui sont utilisés par cette "peau".
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Principe physique :
Le secret de la vitesse et la maniabilité du requin, ce qu'on cherche à mimer, a été expliqué par la biologie, mais la physique-chimie joue aussi un rôle, bien que moins important.
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Les principes fondamentaux (différents de la biologie) qui ressortent de cette faculté sont les suivants :
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l'écoulement laminaire, l'effet "riblet", et l'aérodynamisme (cliquez sur ces principes pour afficher notre source)
tout ces principes sont à prendre en copte pour comprendre la faculté des squales et de leur peau.
L'écoulement laminaire :
Ce principe d'ordre physique se place dans le domaine de la mécanique des fluides.
Il désigne le mode d'écoulement, généralement d'un fluide, particulier où l'objet s'écoule dans une seule direction sans provoquer de turbulences et avec une résistance minimum au milieu.
Schémas montrant ce procédé physique en application :
(celui du haut montre un écoulement laminaire, et celui du bas, un écoulement qualifié de "normal", avec turbulences)
L'intérêt scientifique de ce principe est que, comme on peut l'observer sur les schémas, l'écoulement laminaire réduit la résistance au milieu où l'objet se déplace, ce qui a pour effet d'améliorer sa vitesse, et d'économiser de l'énergie en évitant les turbulences.
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Le requin s'appuie sur ce principe car ses denticules ont la forme adaptée à l'écoulement laminaire, ainsi, lorsque l'objet (le requin) nage, son milieu (l'eau) ne le ralentit pas, il glisse entre les molécules du fluide avec un minimum de résistance, un maximum de vitesse (jusqu'à 100 km/h) et sans gros efforts.
Cela explique donc en partie l'aisance à se diriger du requin, et cela sans se fatiguer.
L'effet "Riblet":
On retrouve l'effet riblet, aussi appelé effet "peau de requin", dans la physique de déplacement dans un fluide.
Ce principe représente en réalité une explication et interprétation mathématique de l'écoulement laminaire à la surface des denticules du requin.
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Voici une représentation graphique de cet effet :
On interprète ce graphique de cette manière:
.il représente l'étude de différents angles et géométries de rainures (dont une qui est la même que celle des rainures sur la peau des requins)
.on observe au vu des résultats que les rainures et les denticules permettent d'optimiser l'aérodynamisme, et que celles qui y parviennent le mieux est celle des requins, respectant les mêmes dimensions, les mêmes angles,...
.on comprend alors que cet effet riblet est utile pour optimiser la vitesse, car les rainures étudiées ont une forme particulière sous un certain angle...
Et cet angle et cette forme engendrent, lorsque l'objet (le requin par exemple) se déplace dans un fluide (l'eau par exemple) suffisamment rapidement ; une création de turbulences, de microscopiques (moins d'un millimètre) tourbillons d'eau se forment alors pile dans les creux des denticules, ce qui va avoir pour effet d'attirer l'eau dans ces espaces vides. Cette eau emprisonnée formera avec le mouvement de l'objet dans le fluide un fort ralentissement de l'écoulement du fluide dans les creux, ainsi, un tel changement d'écoulement se traduira par le fait qu'une très fine pellicule du fluide (l'eau par exemple) restera en contact avec l'objet.
Cette fine pellicule permet au requin de réduire son frottement avec son milieu, et donc de lui permettre de se déplacer en silence à très grande vitesse, atout indispensable pour la chasse...
.pour en revenir au document, il nous indique que plus les rainures avec des bosses fines sont nombreuses, plus l'effet riblet est important ; en terme d'inclinaison, on voit que les sommets à 60 degrés ne sont pas efficaces, contrairement à ceux à 30-45 degrés qui marchent assez bien.
Les rainures du requin forment le meilleur compromis des deux avec un angle aigu vers les 35° pour des bosses très fines mais résistantes grâce au collagène qui les constitue.
L'aérodynamisme :
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Bien que vous devez sans aucun doute savoir ce qu'est que l'aérodynamisme parce que c'est un principe physique très couramment utilisé, nous allons tout de même vous décrire son importance dans notre exemple du requin, mais sans entrer dans les détails pour une fois (car vous devez en connaître une bonne partie).
Il s'agit encore cette fois d'un principe s'inscrivant dans le domaine de la dynamique des fluides, domaine scientifique essentiel de notre exemple du requin.
Nous passerons la définition de la notion d'aérodynamisme (pour de plus amples informations, notamment sur les formules mathématiques que nous n'avons pas donné, vous pouvez cliquer ici) ; et pour simplifier, l'utilité de ce principe est d'optimiser, tant en mécanique qu'en science, la vitesse d'un objet avec le recours au moins d'énergie possible.
Doc 1
Doc 3
Doc 2
Les trois documents ci-dessus résume très bien ce que nous dirons sur l'aérodynamisme et son lien avec le requin :
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.premièrement, il faut savoir que le déplacement aérodynamique de tout objet est mesurée selon les 4 facteurs donnés par le document 3 ; il y a le poids de l'objet, sa portance, sa trainée et enfin, sa poussée.
C'est avec ces trois facteurs que l'on peut déterminer les caractéristiques de vitesse de l'objet, et ainsi pouvoir agir sur sa forme, sa répartition, sa composition, son énergie, etc... pour influer sur son aérodynamisme, et ainsi optimiser la vitesse .
C'est ce que fait le requin, car il profite d'une forte poussée grâce à la musculature de ses nageoires et surtout de sa queue (qui peut tuer un homme adulte sur le coup) ; il a un poids parfaitement réparti et proportionnelle à sa puissance pour un déplacement sans difficultés ; sa trainée est négligeable grâce à sa peau, ce qui lui octroi un déplacement dans son milieu très facilité ; et enfin, sa portance est monstrueuse, car maitrisée par ses nageoires régulant ses mouvements et sa direction.
.puis, l'aérodynamisme est dû presque essentiellement à la forme de l'objet et de son angle par rapport à son mouvement, ainsi, le doc 1 nous montre l'aérodynamisme de différentes géométries, et on observe aussi que la forme fuselée détient le meilleur aérodynamisme, et c'est justement cette forme que le corps du requin a ; ce qui nous prouve que l'évolution lui a doté d'un fort potentiel aérodynamique.
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.enfin, le dernier point à savoir est que ces différentes géométries ont chacune une trainée différente, et plus le coefficient de celle-ci est bas, plus l'objet en question aura un aérodynamisme en mouvement important, peu importe le milieu fluide dans lequel il se trouve.
Ainsi, grâce au doc 2, on note que c'est encore une fois les corps fuselés qui ont le meilleur rendement aérodynamique, et c'est bien sûr la forme des squales qui adopte la forme, ayant alors un coefficient de trainé inférieur à 0,05 ; ce qui montre un déplacement silencieux et rapide...
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Grâce à l'étude de ces trois principes physiques, nous avons montré que la vitesse du requin peut être expliquée scientifiquement et exprimée par la fantastique évolution et adaptation des requins. Ces requins qui s'octroient, grâce à la nature, les meilleures astuces physiques pour leurs déplacements rendus rapides, puissants, maniables, économiques, silencieux et terriblement efficaces...
Nous allons à présent, suivant l'ordre énoncé, passer à la partie des applications à tirer des qualités biomimétiques des requins.
Application correspondante :
Nous espérons que vous avez assimilé le fait que l'espèce des requins est parmi les plus importantes de la planète, les plus évolués ayant jamais existés, et surtout, les plus vitales à la biodiversité (loin devant l'espèce humaine...).
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Nous avons choisis de traiter de la caractéristique de la vitesse du requin, exprimée par sa peau captivante, parmi toutes celles qu'il possède car c'est son aspect le plus intéressant en biomimétisme et en application.
Nous allons donc parler maintenant des applications à son innovation.
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Voici la première application à l'innovation biomimétique de la "peau" des requins :
Cette première application n'est pas la plus révolutionnaire mais néanmoins la plus connue, et elle permet de bien débuter la liste des applications à la peau des requins :
il s'agit de la création d'un tout nouveau type de vêtement pour les nageurs professionnels, en effet, des chercheurs ont conçus une combinaison de nage avec les mêmes propriétés que les denticules cutanés du requin, en mimant sa peau.
Cela a donné une sorte de combinaison de plongée mise en circulation en 2008, son prix élevé fait qu'il ne s'adresse quasiment qu'aux nageurs olympiques, mais les capacités de ce vêtement sont conséquentes, en effet, la combinaison permet de réduire grandement la force de résistance de l'eau, ce qui a pour effet d'optimiser la vitesse de nage des nageurs...
Ainsi, grâce à cet objet, des centaines de records de nage ont étés battus largement dans le monde, son efficacité est telle qu'elle a été interdite pour les compétitions !
La combinaison est réalisée en polyuréthane pour ne pas adhérer à l'eau, et son modèle suit la peau du requin, c'est donc bien une innovation biomimétique.
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L'application suivante est bien plus révolutionnaire :
Le domaine suivant d'application est le domaine de l'ingénierie, et en particulier, celui de l'aéronautique.
Effectivement, le requin est aussi bénéfique en tant que connaissance dans ce domaine car il sert d'inspiration à l'aérodynamisme de tout les appareils volants...
De surcroît, sa peau sert aussi de modèle pour une partie de la structure de certains avions, comme l' A320, qui le mime et grâce à cela, sa résistance aérodynamique est optimisée d'une manière non négligeable.
Pour ainsi dire, si chaque appareil aérien mimerait le principe de la peau du requin, on pourrait réduire de 1% la consommation mondiale ! ce qui est énorme, sans parler des avantages économiques et environnementaux.
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Des projets navales sur le même procédé sont actuellement en cours d'étude ; l'application au niveau de l'ingénierie de la peau du requin est donc révolutionnaire.
Une autre application, plus scientifique, est envisageable :
La peau du requin a un autre aspect qui intéresse beaucoup les chercheurs et la science :
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il s'agit du fait que la peau des squales empêche le développement des micro-organismes, les microbes ne peuvent pas s'y accrocher...
Cette caractéristique trouve des applications dans de nombreux domaines, tels que le médical (conception d'objets d'intervention, d'outils médicaux qui ne peuvent pas s'infecter ni contenir de microbes par exemple), le navale (plus besoin de protéger la coque des bateaux des micro-organismes), le militaire (amélioration d'armes navales, telles que les torpilles, qui se déplacerons sans bruit à une vitesse extraordinaire), la science en général (compréhension des matériaux, développement et application de la caractéristique à d'autres domaines, etc...).
Nous n'avons plus besoin d'insister sur le fait que les requins constituent une réserve de savoir infini sur la nature.
Nous savons grâce à la première partie, la biologie, pourquoi les requins sont si craints : ils sont le paroxysme de l'adaptation et de l'évolution, nous l'avons vu par la liste des caractéristiques qui le définissent, et ce qui se rapproche de la perfection nous effraie.
Parmi toutes les qualités des squales, nous avons choisi celle de la peau, et nous avons montré ce qui faisait d'elle un caractéristique si riche en connaissances.
Puis, nous avons appuyés nos affirmations par la physique, avec les principes qui sont employés.
Enfin, par les applications, nous avons montré à quoi le biomimétisme du requin pouvait servir.
En conclusion, le biomimétisme montre tout ses plus beaux aspects avec le requin: la science couplée avec le besoin de tirer des connaissances de la nature pour enrichir notre société...
C'est sur cette voie que le biomimétisme doit continuer pour nous apporter le meilleur de ce que nous offre la nature, bien plus que quelques gouttes de pétroles, de la connaissance inestimable. Ainsi est notre conclusion pour cette page.
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Nous espérons que cette page et son développement avec le requin vous a plu, c'était le dernier exemple que nous développons d'une manière aussi détaillée, nous vous laissons avec la page suivante, qui rassemble tout nos autres exemples d'innovation biomimétique. Bonne lecture.
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D'autres applications sont encore en phase de développement et de découverte, la connaissance qu'a à nous offrir le requin est loin d'être achevée..
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Il nous faut à présent conclure cette page: