- Biomimétisme
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Le biomimétisme est une démarche consistant à reproduire artificiellement des propriétés essentielles d'un ou plusieurs systèmes biologiques. L'objectif peut être :
- d'exploiter des mécanismes de la nature pour les appliquer dans différents domaines technologiques. Le terme est alors synonyme de bionique, plus couramment utilisé.
Article détaillé : Bionique.- de faciliter l'étude scientifique de la nature en reproduisant en laboratoire des comportements autrement noyés dans la complexité du réel. De telles études sont en général liées à la biophysique
- d'accéder à de nouvelles structures et interfaces moléculaires capables de reproduire certaines fonctions de l’organisme pour le soigner, le commander, développer des nanosondes ou nanovecteurs intelligents, améliorer l'imagerie moléculaire, produire des matériaux biocompatibles, développer de nouvelles interfaces homme-environnement (NBIC), pour une réalité augmentée, etc)
- de s'inspirer de l'organisation des écosystèmes ou plus généralement du fonctionnement des êtres vivants pour mieux y intégrer l'organisation et les technologies humaines
Sommaire
Les modèles biomimétiques en biophysique moléculaire
Il s'agit en général de reconstitutions d'un système biologique microscopique à partir de ses composantes élémentaires, en vue de reproduire tout ou partie du comportement réel. Les composantes couramment utilisées sont :
- Des protides, nucléotides, glucides et lipides auparavant isolés et purifiés
- Des solutions salines caractéristiques du milieu étudié (intérieur d'une cellule par exemple)
- Des éléments permettant l'observation (marqueurs fluorescents par exemple)
- Des surfaces éventuellement traitées
- Des composantes inorganiques utilisées pour leurs propriétés géométriques ou mécaniques (billes de latex par exemple)
Construire un modèle biomimétique peut permettre de valider des hypothèses sur le fonctionnement du système. Cependant, étant donnée l'extrême complexité des systèmes en biologie cellulaire ou moléculaire, leur utilisation doit se limiter à des cas très particuliers, et ils restent toujours assujettis à des expériences menées sur les systèmes réels.
En biophysique moléculaire, on désigne souvent les expériences de biomimétique par le terme in vitro. Cela s'entend par opposition aux expériences menées dans des cellules vivantes (in vivo). Cependant, toutes les expériences sur cellules uniques sont, au sens strict, menées in vitro.
Voici quelques exemples d'expériences relevant de la biomimétique :
- La reconstitution du comportement de moteurs moléculaires, comme la kinésine. On peut observer une unique protéine de kinésine se déplaçant sur un microtubule, et mesurer par exemple la constante de dissociation, la force qu'elle est capable d'exercer le long du microtubule, ou encore la vitesse moyenne de déplacement.
- L'étude des mécanismes de polymérisation de l'actine ou de la tubuline. On a pu par exemple comprendre le mécanisme de propulsion des bactéries Listeria, en les remplaçant in vitro par des billes de latex sur lesquelles on peut faire polymériser des filaments d'actine de façon contrôlée.
- L'étude des propriétés de transport des membranes à travers leurs canaux ioniques. On peut reconstruire une bicouche lipidique sur un support artificiel (à la façon d'une bulle de savon) et ainsi contrôler très précisément les concentrations ioniques de chaque côté.
La biomimétique des écosystèmes
Il s'agit d'une nouvelle approche dans la façon de voir et d'estimer la valeur de la nature. Il est axé non sur l'utilisation des ressources naturelles mais sur ce que l'on peut apprendre du fonctionnement de la biosphère.
C'est Janine Benyus qui, au début des années 1990, a permis l'émergence de cette nouvelle approche avec son ouvrage Biomimicry: Innovation Inspired by Nature. D'après la biologiste, les leçons que nous donne la Nature sont principalement les suivantes :
- Elle utilise une source d'énergie principale : l'énergie solaire.
- Elle n'utilise que la quantité d'énergie dont elle a besoin.
- Elle adapte la forme à la fonction.
- Elle recycle tout.
- Elle parie sur la biodiversité.
- Elle travaille à partir des expertises locales.
- Elle limite les excès de l'intérieur.
- Elle utilise les contraintes comme source de créativité.
Exemples d'utilisation
- Des chercheurs tentent de développer des systèmes de production d'hydrogène ou d'électricité imitant le processus de photosynthèse. Un filtre à eau ultra-pure pourrait être constitué de membranes et portes protéiques imitant les systèmes à l'œuvre dans la nature[1]
- Le velcro a été créé sur le modèle du fruit de la bardane,
- La soie d'araignée est un polymère dont la configuration moléculaire peut varier et rapidement s'adapter à la température et l'humidité. Elle est notamment capable de « Supercontraction » (de 10 à 140 MPa de tension) quand elle s'humidifie (en plusieurs minutes quand l'hygrométrie dépasse 70 %), et plus rapidement quand elle est subitement mouillée[2].
- Les turboréacteurs créés sur le modèle du nautile,
- Les parois de douche, les fenêtres auto-nettoyantes et certains revêtements de l'industrie aéronautique[3] ont été créées grâce à la découverte de "l'effet Lotus",
- Certains types d'éco-habitat reprennent les principes des termitières,
- En créant des pantographes en formes d'ailes reproduisant la structure de celles du hibou, le bruit du Shinkansen est diminué, pour le confort des passagers. De plus, le profil des motrices de ce train est analogue au bec des martins-pêcheurs
- des micro-robots peuvent marcher sur l'eau comme le font les gerris en exploitant la tension superficielle de l'eau
- Des chercheurs du CNRS ont récemment mis au point des micro-nageurs artificiels se déplaçant par biomimétisme, cette découverte laisse entrevoir de possibles innovations dans le domaine de la médecine car ces micro-nageurs peuvent transporter de petites quantités de médicaments à travers les vaisseaux sanguins.
- La structure métallique de la tour Eiffel présente des analogies avec celle du fémur..
- La combinaison de natation Fastskin s'inspire de l’épiderme du requin mako.
- La carapace du scarabée Stenocara est à l'origine de récupérateur d'eau
- Cet académicien belge fit d'importantes recherches sur le biomimétisme à la fin du XIXe siècle.
Notes et références
- Bulletin Ambassade de France au Danemark, mai 2008
- Ingi Agnarsson, Cecilia Boutry, Shing-Chung Wong, Avinash Baji, Ali Dhinojwala, Andrew T. Sensenig et Todd A. Blackledge ; Supercontraction forces in spidernext term dragline silk depend on hydration, doi:10.1016/j.zool.2008.11.003 (Résumé)
- Quand la NASA s'inspire de la sagesse du lotus , novembre 2009
Voir aussi
Articles connexes
Liens externes
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