Smart city

Ce que la ville du futur peut apprendre de la nature

  • 01 Juin
    2017
  • 10 min
Notre espèce est jeune, et notre technologie l'est encore plus. Les premiers hominidés ont acquis la position bipède il y a 3 millions d'années dans les plaines d'Afrique de l'Est et les 7,5 milliards d'êtres humains que nous sommes descendent tous d'un petit groupe d'Homo Sapiens Sapiens qui a survécu à une catastrophe majeure il y a seulement 300 000 ans. Ce ne sont que quelques micro secondes en comparaison de l'histoire de la vie depuis ses origines. Sur la longue chaîne de l'évolution, nous sommes le dernier maillon, et ce dernier maillon vient tout juste d'apparaître. Il n'est donc pas tout à fait insensé de penser que des organismes bien plus anciens que nous, ont développé, au cours de plusieurs dizaines de millions d'années d'évolution, une technologie biologique qui est supérieure à ce que nous sommes capables de fabriquer. C'est en partant de ce postulat que la rétro-ingénierie du vivant, qui se base sur la bio-ingénierie et le biomimétisme, est née. Le velcro, les climatiseurs, les combinaisons de plongée, les robots, l'aérodynamisme, sont des inventions directement inspirées de la nature. Aujourd'hui, les chercheurs étudient le fonctionnement des organismes vivants pour concevoir des matériaux et des machines toujours plus durables et performants.

La Rétro-ingénierie du vivant, un mélange de bio-ingénierie et de biomimétisme

feuilles

Shutterstock

Pollution zéro

Notre technologie peut remplacer l’éclairage urbain et la signalétique, illuminer des vitrines de magasins, être utilisée dans l’événementiel, en réduisant à presque rien l’empreinte énergétique
Sandra Rey

Sandra Rey

Les initiatives éco-responsables portées par les start-up et les laboratoires de recherche sont en pleine mutation. Si elles concernaient surtout jusqu'à présent l'amélioration des technologies existantes pour limiter le plus possible leur impact sur l'environnement, elles misent aujourd'hui de plus en plus sur l'ingénierie du vivant pour apporter de nouvelles solutions aux enjeux de demain.

Les récentes avancées de la bioluminescence, nettement plus innovantes en matière d'éclairage que celles concernant le photovoltaïque, offrent une bonne démonstration de la révolution biomimétique en cours. La start-up Glowee a mis au point un système d'éclairage bio-inspiré qui constitue une avancée majeure pour réduire la consommation d'électricité au niveau mondial, et les émissions de CO2 qui en découlent. En utilisant des gènes codants présents chez des bactéries symbiotiques du calamar, Glowee a mis au point une source lumineuse, sous forme de matière vivante bioluminescente. Présente chez 90% des animaux marins - algues, méduses, calamars, seiches, poissons, crevettes - et chez certains animaux terrestres, la bioluminescence, inventée par la nature il y a plus de cent millions d'années, fonctionne grâce à une réaction chimique produite par un operon, c'est à dire une unité d'ADN fonctionnelle regroupant des gènes spécifiques, spécialement construite dans le cas présent pour produire de la lumière.

LA LUMIèRE GLOWEE

glowee

Ces gènes spécifiques luminescents, une fois insérés dans des bactéries communes, inoffensives pour l'Homme, sont cultivés en grand nombre puis encapsulés dans des coques transparentes qui contiennent tous les nutriments nécessaires pour leur survie. Ces coques forment une pâte qui s'éclaire dès qu'il y a un peu d'obscurité, et qui peut être appliquée sur n'importe quelle surface, que ce soit une lampe, un mur, des vêtements, ou encore des phares de voiture. Le résultat de cette bio-ingénierie est une lumière 100% naturelle, intégralement dépourvue de pollution. La lumière de Glowee fait appel à une ressource cultivable à l'infini, composée de micro-organismes qui, comme dans la nature, ont la capacité de se reproduire. Les énergies renouvelables sont loin d'arriver à ce niveau d'efficience. A terme, les micro-organismes développés par Glowee pourront être utilisés pour des applications complémentaires, comme la dépollution des eaux ou la captation du CO2 dans l'atmosphère. Car les super pouvoirs des bactéries ne se limitent pas à faire fonctionner sans polluer nos appareils.

Réparer la nature 

Comme elles sont vivantes, les bactéries peuvent avoir un rôle actif dans la dépollution des écosystèmes, à partir du moment où on identifie chez elle une spécificité qui les rend utiles. Ainsi, Ideonella sakaiensis, découverte en 2016 par une équipe de biologistes du Kyoto Institute of Technology, a la faculté de pouvoir dégrader rapidement le plastique de type polytéréphtalate d'éthylène (PET), dangereux pour la santé et utilisé massivement pour fabriquer aussi bien des emballages jetables, des sacs, des bouteilles, des films transparents, des prothèses ou des cartes de crédit, tout simplement en le dévorant. Un processus qui ne prend que quelques mois, alors qu'en temps normal il faut compter au minimum 400 ans pour qu'un sac en plastique soit intégralement dissout dans l'eau. Aussi, pour Teresa McNulty du Biomimicry Center de l'Arizona State University, "le biomimétisme a beaucoup à nous apprendre car la durabilité y est intrinsèquement intégrée" .

La Bactérie IDEONELLA SAKAIENSIS

bactérie
Kyoto Institute of Technology
" Parce que la nature a réalisé des milliards d'expériences parallèles et compétitives pendant des millions d'années, ses conceptions réussies sont considérablement plus éco-énergétiques que les inventions que nous avons créées au cours des dernières années.
jay harman

Jay Harman

Le séquençage du génome de Ideonella sakaiensis a mis en évidence deux enzymes, produites par la bactérie en présence de plastique, qui fonctionnent en binôme, l'une commençant à le dégrader, quand l'autre achève le travail en le réduisant en petits fragments. Une véritable machine à faire disparaître le plastique qui ouvre des perspectives inédites pour nettoyer les océans, les lacs et les cours d'eau. Par ailleurs, cette découverte laisse à penser que d'autres bactéries pourraient avoir des qualités similaires. 

Et pour remplacer le plastique tel que nous le connaissons, issu du pétrole et particulièrement polluant pour tous les écosystèmes dans le monde, la solution pourrait se trouver chez le calamar. Les petites dents acérées qui entourent les ventouses de ces animaux marins contiennent des protéines, appelées suckerins, qui possèdent des propriétés exceptionnelles pour la mise au point de biomatériaux révolutionnaires. Une équipe de chercheurs de l’Université NTU à Singapour a pu démontrer que les suckerins s'organisent en réseaux denses, solides et légers, qui ont la particularité d'être thermoplastiques. Il serait alors possible de les faire fondre, puis de les durcir à nouveau après qu'ils aient refroidis, afin d'obtenir des polymères, qui sont les briques de construction du plastique, très résistants, souples et modulables à souhait. 

Les petites dents du calamar

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DR

Un nouvel âge de la technologie

"La révolution biomimétique ouvre une ère qui ne repose pas sur ce que nous prenons dans la nature, mais sur les possibilités offertes par la nature pour modifier notre façon de fabriquer des matériaux et de produire de l'énergie. C'est un changement de paradigme
janine

Janine Benyus

Actuellement, le biomimétisme inspire un grand nombre de secteurs industriels, aussi bien dans l'énergie, les transports, l'agriculture, les communications, le textile, que dans l'informatique, la médecine, le design, ou l'architecture. Et les applications pratiques sont déjà très nombreuses : depuis les batteries de smartphones mises au point par le professeur Seokheun Choi de l'université d'état de New-York qui se rechargent naturellement grâce à la bactérie Shewanella oneidensis, en passant par la conception par Airbus d'ailes d'avions à l'aérodynamisme révolutionnaire inspirées par celles des rapaces, jusqu'à la voiture "biodégradable" Lina, construite en grande partie avec des fibres de lin. La compagnie aérienne Lufthansa améliore l'aérodynamisme de ses avions grâce à une peinture à effet "peau de requin" pour limiter le frottement dans l'air et diminuer ainsi la consommation de carburant. Toutes ces découvertes permettent de redéfinir entièrement notre approche de la technologie, de la rendre plus efficace tout en la connectant directement à la nature.
Rédigé par Arnaud Pagès
Journaliste indépendant, spécialisé dans les nouvelles technologies