Des exemples concrets

Dans cette partie nous vous présenterons des exemples concrets de biomimétisme.

Exemple 1: Le Shikansen, le « train martin-pêcheur ».

Le Shikansen, le « train martin-pêcheur »

Le Shinkansen (新幹線) est le train à grande vitesse en service au Japon.  Le premier tronçon  entre Tokyo et Osaka a été construit entre 1959 et 1964 et fut inauguré pour Jeux Olympiques de Tokyo. A l’époque c’était le train le plus rapide du monde. Grâce à des améliorations successives, sa vitesse de pointe est passée de 210 à 405 km/h. Cependant, la vitesse maximale atteinte par le Shinkansen en vitesse de croisière est de 320 km/h, ce qui reste une vitesse considérable.

Dès ses débuts le Shinkansen a rencontré de nombreux problèmes. Pour un train roulant à 300 km/h, environ 90% de la résistance au déplacement  provient de la traînée aérodynamique (force qui s’oppose au mouvement d’un corps dans un liquide ou un gaz). Le Japon étant un pays montagneux, les trains doivent souvent passer par des tunnels. Un train, se déplaçant à grande vitesse, comprime et déplace beaucoup d’ air. Normalement cet air se diffuse dans toutes les directions. Mais, lorsque le train entre dans un tunnel, l’air n’arrive pas à s’échapper et donc il est comprimé devant le train un provoquant “boom” sonore qui dérangeait les riverains vivant à proximité du tunnel.

Eiji Nakatsu, l’ingénieur qui dirigeait les essais du train japonais, s’est intéressé au fait que le martin-pêcheur peut plonger dans l’eau en provoquant le minimum de remous. En effet, cet oiseauq est le plus efficace sur terre pour passer entre deux milieux de densités différentes. Eiji Nakatsu eu donc l’idée d’imiter la forme du bec du martin-pêcheur pour l’avant des trains Shinkansen, afin qu’ils puissent passer du milieu moins dense à l’extérieur du tunnel au milieu plus dense de l’intérieur du tunnel sans émettre de bang sonore.

Les résultats des expériences faites sur les premiers trains utilisant cette forme particulière furent très satisfaisants. Les ingénieurs du Shinkansen ont ainsi observé une importante réduction du bruit du train à la sortie des tunnels et une amélioration de l’aérodynamisme. Cette forme particulière a permis à l’air, à l’entrée du tunnel, de s’écouler autour de l’avant du train sans difficulté. Ainsi, l’air n’étant plus comprimé à l’intérieur du tunnel, le bang sonore ne se produisit plus.

Cette forme a également permis de réduire la douleur ressentie au niveau des oreilles des passagers, qui était due aux changements de pression brutaux à l’intérieur du train lorsque celui-ci entre ou sort dans un tunnel.

La forme pointue de l’avant du Shinkansen a également permis de réduire sa consommation d’énergie de 16% et d’augmenter sa vitesse d’à peu près 10%.

 

 Zoom sur le matin pêcheur:

Martin-pêcheur d'Europe

Martin-pêcheur d’Europe

Réparation géographique du Martin Pëcheur

Le martin-pêcheur est un oiseau de petite taille (17 cm, 40g) aux couleurs brillantes et vives : bleu turquoise (dessus), et orange (dessous). On peut le rencontrer le long des rivières, les lacs et les étangs de basse altitude.

Les poissons constituent sa principale source de  nourriture. Le martin-pêcheur peut attendre longtemps immobile, sur un perchoir quelconque, à l’affût d’une proie. Il plonge, à la verticale, et avale les poissons dans le sens des écailles.

Pour sa survie ce  petit oiseau doit donc pénétrer dans l’eau en perdant le moins de vitesse possible  et en faisant le minimum de remous afin d’attraper efficacement sa nourriture. Il a donc développé un bec extrêmement aérodynamique lui permettant de passer de l’air à l’eau le plus efficacement possible.

En effet avec un bec plus arrondi (A) en pénétrant dans l’eau l’oiseau serait ralenti et provoquerait des remous qui feraient fuir les poisons. Alors qu’avec un bec pointu (B) le martin pêcheur peut rentrer dans l’eau sans perte de vitesse importante et sans remous ce qui lui permet de capturer ses proies plus facilement.

bec martin pecheur

 

 

 

Exemple 2: L’eastgate Building, « le bâtiment termitière »

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L’eastgate Building, « le bâtiment termitière »

Le Centre Eastgate est un centre commercial se trouvant à Harare au Zimbabwe. Ce bâtiment abrite un système de ventilation unique en son genre lui permettant une excellente rentabilité énergétique, rendue possible grâce à une régulation dite «passive» de température intérieure inspirée de la structure des termitières.

Les termites vivent généralement dans des zones très chaudes, où la température peut atteindre 40 ou 50°C le jour, et être inférieure à 0°C la nuit. Cependant, les termites arrivent, par un système de ventilation très efficace, à maintenir la température intérieure de la termitière à environ 27°C. De nombreux scientifiques ont donc étudié la structure de ses termitière pour savoir comment ces insectes arrivent à réaliser un système de refroidissement aussi performant et le tout sans climatisation électrique.

flux

Flux d’aire dans la termitière

Leur étude a démontré un système de ventilation très ingénieux. Son secret réside dans la cheminée centrale qui surplombe le nid. En effet, du fait de sa densité, l’air chaud est attiré vers le haut de la termitière et est ensuite évacué par cette cheminée. Ce phénomène entraîne un courant d’air dans les parties basses du nid. L’air est aspiré dans les parties inférieures grâce à des petits trous situés tout autour du nid. Il circule ensuite sous terre où il est rafraîchi au contact de puits très profonds (de 15 à 20 m en général) que les ouvriers creusent pour atteindre la nappe phréatique. Cet air frais remonte en suite vers la surface rafraîchissant ainsi la termitière. Les termites peuvent alors réguler très précisément la température de la termitière en obstruant ou en perçant des trous au sol. Quand la nuit tombe, elles vont boucher la totalité de ces trous, afin d’emmagasiner et garder la chaleur dans la termitière.

 

Mick Pearce

Mick Pearce, l’architecte

L’objectif du projet était de construire un bâtiment ne nécessitant pas l’utilisation de l’air conditionné. Compte tenu du climat de la région, cela représentait un défi important pour Mick Pearce l’architecte. Il s’est donc inspiré du fonctionnement des termitières et a ainsi réussi à réaliser un bâtiment consommant 90% de moins d’énergie que la moyenne.

eastgate bulding

Eastgate bulding

Il a donc mis en place un système de climatisation passive. Le bâtiment grâce à une structure fabriquée à partir de briques et de béton absorbe la chaleur tout au long de la journée. Dans le même temps, de nombreuses ouvertures permettent à l’air d’entrer par le bas du bâtiment, tandis que de grandes cheminées permettent d’évacuer l’air chaud qui remonte naturellement. Cette installation créé un courant d’air naturel, qui est accéléré plusieurs fois dans la journée a l’aide de ventilateurs.

La nuit, lorsque l’air extérieur devient plus froid que celui du bâtiment, les murs diffusent peu à peu la chaleur qu’ils ont emmagasiné pendant la journée, ralentissant ainsi le refroidissement du bâtiment. Et une partie de l’air frais qui s’engouffre est stocké dans les dalles du bâtiment, ce qui ralentira le réchauffement le lendemain.

Eastgate Bulding

Flux d’airs internes dans l’Eastgate Bulding

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