BIONIQUE

LES INVENTIONS DE LA NATURE

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Bionique IV

LA GELEE DE LA MEDUSE ET LA SOIE DE L’ARAIGNEE

01’09 Commentaire 1 :

Les êtres vivants et les biomatériaux sortis du laboratoire de l’évolution, vieux de plusieurs milliards d’années, font preuve d’une adaptation optimale à leur fonction. Ils sont recyclables. Et nous offrent leur beauté en plus.

01’26

Gelée de méduse ou soie d’araignée... les matériaux de la nature ont tant à nous apprendre. Car la nature travaille, en fonction de son cahier des charges, avec les matériaux les plus divers, doués des propriétés les plus exceptionnelles.

01’40

En quête de solutions techniques, la bionique étudie à la loupe les inventions de la nature.

01’52

La nature se montre aussi très inventive dans la transformation des biomatériaux : tandis que certains tissent un nid ingénieux, d’autres tendent leurs pièges mortels.

02’09

D’autres encore assemblent tout simplement leur maison par collage.

02’18

Cette guêpe de la famille des Eumenidae construit son nid en mortier à partir d’eau et d’argile dont elle se sert pour maçonner la chambre d’incubation. Les petites constructions en forme de tours empêchent l’eau de pluie de s’infiltrer dans l’abri de sa progéniture. Elles offrent une protection contre l’ennemi, et procurent une agréable fraîcheur pendant le jour et la nuit l’argile dégage lentement la chaleur emmagasinée. En un mot, une maison confortable pour les larves.

02’41

La guêpe utilise de manière optimale le peu de matériau mis à sa disposition.

02’48

Etats-Unis, Nouveau-Mexique. Depuis des générations, l’homme y est confronté au même problème que la guêpe : se protéger du soleil le jour, et du froid la nuit.

03’04

La solution : les constructions en adobe.

03’09

Les Indiens Pueblo ont depuis toujours utilisé ces briques d’argile séchées à l’air. De nombreux architectes redécouvrent aujourd’hui cette forme ancestrale de construction, pourtant si moderne.

03’32

Cette maison est l’oeuvre de l’architecte Ivör Williams, qui a su l’intégrer dans le paysage dans un style tout en équilibre et harmonie.

03’40

Terre, argile et paille furent ses principales matières premières.

03’46

Pour la chambre à coucher, conçue en demi-cercle comme une auge naturelle, Ivör Williams s’est inspiré de la forme des lieux où se réunissaient autrefois les Indiens.

04’00

Renforçant l’argile et assurant l’isolation thermique, les brins de paille dépassent encore des briques brutes.

04'16 - Commentaire 2 : Ivör Williams, Architecte :

"Je connais bien les Indiens parce que j'ai été élevé dans une réserve du Nouveau Mexique. Depuis mon enfance, j'habite dans des constructions en adobe, c'est-à-dire en argile séché à l'air, qu'on trouve encore dans toute la région, même si aujourd'hui ce matériau est de moins en moins utilisé. Tous les gens qui ont vécu dans une maison en adobe vous diront qu'elles sont bien plus agréables, car elles isolent mieux du froid et de la chaleur.

Fait à base de terre, l'adobe est aussi plus écologique car on épargne les arbres et les forêts.

Par ailleurs, l'adobe, tout comme l'argile, a pour moi une qualité plastique essentielle : elle est complètement malléable. C'est une sorte de matériau souple qui permet de créer, dans notre environnement quotidien, des formes moins rigides, moins carrées. On peut la modeler, la sculpter comme les Kivas des Indiens, ces constructions circulaires aux parois extérieures arrondies qui s'enfoncent à moitié dans le sol, d'où une meilleure isolation thermique."

05’19 Commentaire 1 :

Depuis lors, de nombreux architectes ont eux aussi choisi d’allier la technique moderne à l’adobe, qui a depuis longtemps fait ses preuves. Dans cette maison, non loin de celle d’Ivör Williams, de petites billes de polystyrène expansé attendent d’être propulsées dans un espace vide aménagé entre les fenêtres. L’hiver, le soleil traverse les vitres et chauffe la maison. Le polystyrène reste entre-temps en réserve.

05’45

Le soir, le rideau de polystyrène expansé se referme pour maintenir la chaleur dans la maison. Les coûts de chauffage ont baissé de moitié et le procédé contribue à diminuer l’émission de ce puissant gaz de serre qu’est le gaz carbonique.

05’59

Autrement dit : moins de dépenses et plus de respect pour la nature. Sans pour autant renoncer au confort domestique.

06’07

Un lotissement en adobe, construit au cours de ces dernières années, lorsque les prix de l’énergie ont grimpé en flèche.

06’15

La bionique, c’est aussi construire avec les matériaux disponibles sur place. Pour les pays du tiers-monde, l’occasion de bâtir des maisons confortables à moindre prix et en économisant les ressources.

06’30

Hormis le matériau de construction lui-même, une bonne climatisation est indispensable au bien-être.

06’36

Les termites de l’espèce Meridionalis sont de véritables boussoles de la steppe australienne, où leurs maisons de cinq mètres de haut se dressent de manière optimale vers le soleil. Les côtés larges utilisent la chaleur du soleil du matin et du soir, tandis que la termitière n’offre que peu de prise au brûlant soleil de midi.

06’58

Une visite guidée dans le système de cavités à ramifications multiples prouve le génie des termites en matière de climatisation. A quatre mètres de profondeur, on retrouve la fraîcheur et l’humidité des nappes souterraines. La chaleur de la termitière tire cet air frais vers le haut. Les capillaires situés juste sous la surface rejettent le gaz carbonique vers l’extérieur et absorbent l’oxygène. Il règne ainsi dans l’ensemble de la construction une agréable température à humidité constante.

07’30

Pour tous les animaux, la climatisation est une question de survie.

07’36

Chez un grand nombre d’entre eux, le système de vascularisation sanguine fonctionne comme un échangeur de chaleur.

07’47

Ce principe vient pour la première fois d’être transposé à la technique.

07’52

Ces tuyaux bleus sont la concrétisation d’un concept de climatisation biologique.

Il a fallu dix années de développement avant que la production ne soit lancée fin 1994. L’eau sert de liquide de chauffage ou de refroidissement. Il n’y a plus de climatiseur central : chaque mur dégage une chaleur régulière.

08’16

Comme dans notre propre système de vaisseaux sanguins, de grosses veines nourrissent les capillaires plastiques épais de deux millimètres.

08’26

Le matériau initial est du polypropylène pur, entièrement recyclable. Les granulés bleus donnent par fusion les fins conduits où l’eau chaude circulera à 35 degrés maximum.

8’48 Eberhard Schmidt, ingénieur :

Cette idée a germé de notre observation du corps humain. De même que notre corps est traversé de veines, de même les murs sont parcourus de fins tuyaux en forme de capillaires. Nous diffusons de basses températures d’eau. Le mur devient ainsi échangeur thermique et transmet la température dans la pièce. Cette application peut servir tout particulièrement dans le tiers-monde. On peut refroidir des pièces à l’aide de l’eau de puits, que l’on rejette ensuite dans le sol après usage. Il est possible de maintenir une parfaite fraîcheur simplement à l’aide d’une eau à basse température, sur de grandes surfaces.

09’36 Commentaire 1 :

Comme dans le corps humain, les conduits transportent le surplus de chaleur des zones chaudes vers les zones froides - ou inversement, selon qu’on veut chauffer ou refroidir. Les nappes de conduits posées sur le sol, les murs et les plafonds, disparaissent ensuite sous l’enduit ou le parquet.

10’01

Les coûts d’énergie sont bien inférieurs à ceux des climatiseurs traditionnels. Comme il n’y a pas d’air pulsé, on ne remarque absolument pas qu’on habite une pièce climatisée.

10’16

La nature ne fourmille pas seulement de remarquables architectes ou autres experts en climatisation. Partout on y rencontre le génie de la science des matériaux.

10’27

La chitine est aux insectes et aux crustacés ce que la cellulose est aux plantes. Ce matériau naturel tient haut la main la comparaison avec les matières synthétiques fabriquées par l’homme. La chitine est dure et résistante à la rupture, et pourtant élastique et ductile. Bien qu’elle soit constituée uniquement de molécules d’albumine et de sucre, la chitine de la carapace des insectes atteint un dixième de la résistance de l’acier à la traction.

10’58

Les multiples propriétés de la chitine ont éveillé l’intérêt de deux écolières. Katharina Querin est pour sa part une fervente cavalière.

11’07

Katharina et son amie Stefanie Weißgerber, qui cultive plutôt un penchant pour la musique, sont élèves au lycée Robert-Schumann de Saarlouis.

11’18

Une même passion les unit : déguster des crevettes. Mais que faire des déchets ? Quel dommage de jeter ce matériau naturel de qualité ! Un de leurs professeurs leur a finalement donné une idée. Il avait lu que les Japonais fabriquaient des pansements et des cosmétiques à base de déchets de crevettes. Pourquoi ne pas essayer d’obtenir des films d’emballage avec cette matière dont la nature s’enveloppe si volontiers ?

11’46

Pendant plus d’un an, les deux jeunes filles ont passé presque tous leurs samedis au laboratoire du lycée.

11’53

Tandis que la nature, sans bases ni acides, transforme la chitine en matériaux doués chaque fois de nouvelles propriétés, les deux écolières ont dû recourir à des agents chimiques agressifs : une fois nettoyées, les cuticules de crevettes sont traitées à l’acide chlorhydrique, où elles sont maintenues à ébullition pendant plusieurs jours pour les débarrasser du calcaire.

12’11

De nouvelles étapes de nettoyage permettent enfin d’obtenir la chitine pure, produit de base de nombreuses applications techniques.

12’22

Stefanie et Katharina n’ont utilisé que quelques grammes de chitine. Le potentiel est immense. Rien qu’en Allemagne, l’industrie de la crevette représente près de 400 tonnes de chitine qui se retrouvent aujourd’hui dans les décharges.

12’42

Les déchets de crevettes peuvent fournir une matière première de haute qualité pour l’avenir. Le marché s’annonce immense, ainsi que le démontre une étude sur les applications possibles de ce biomatériau réalisée à la demande du Land de Schleswig-Holstein.

12’56

Ce film transparent imperméable à l’air et résistant à la déchirure est peut-être le premier produit du marché allemand obtenu à partir de chitine 100 % recyclable.

13’12

Les récifs coralliens, qui peuvent s’étendre sur plus de mille mètres, figurent parmi les plus grandes créations façonnées par des organismes vivants. Ces ouvrages forment un véritable espace de vie pour d’innombrables espèces animales.

13’25

Les structures solides du squelette de corail sont en calcaire, formé par le gaz carbonique dégagé dans l’eau.

Les récifs de corail contribuent ainsi à diminuer l’effet de serre en assemblant, dans leurs structures calcaires, les molécules du puissant gaz de serre présentes dans la mer.

13’45

Les récifs sont pourtant menacés. La surfertilisation des océans sonne la mort des coraux dans le monde entier. Les récifs pourraient même être perdus à jamais si l’effet de serre devait entraîner l'élévation de la température des eaux de mer. Un tapis d’algues mortel peuple déjà de nombreux récifs. Et l’absence de fondement solide en de nombreux lieux rend difficile l’implantation de nouvelles colonies de polypes.

14’11

Un scientifique allemand cherche à obtenir un matériau de construction à partir de l’eau de mer en constituant des récifs artificiels par une méthode écologique : grâce à l’énergie solaire et au calcaire de l’eau de mer.

14’25

Le procédé est fondé sur l’électrolyse : des grilles métalliques, assemblées sur la terre ferme, vont servir d’électrodes. Une fois immergées dans l’eau de mer et soumises à un courant basse tension produit à l’aide de générateurs utilisant l’énergie solaire ou éolienne, elles voient se former à leur surface un dépôt de calcaire de plusieurs centimètres d’épaisseur, utilisable comme matériau de construction.

14’48

Le professeur Wolf Hilbertz espère que cette technique permettra de réduire la teneur en gaz carbonique de l’atmosphère. Au lieu d’être libérée dans l’air, comme lors de la fabrication du ciment, une partie du gaz carbonique atmosphérique est liée de cette façon dans la pierre calcaire. Coques de bateaux, murs et quais pourraient ainsi naître de la mer.

15’17

La diminution de l’effet de serre et la production peu coûteuse de dalles de calcaire ne sont qu’un des aspects positifs de cette technique. En laissant croître des minéraux sur de vastes surfaces sous-marines, les récifs artificiels qui en résulteraient serviraient de base au développement de nouvelles colonies de polypes.

15’38

Des coraux poussent à nouveau sur ce treillis métallique immergé depuis cinq ans. Bien qu’il ne soit plus parcouru d’aucun courant depuis longtemps, le tout a été entièrement gagné par les animaux marins.

15’52

Ces récifs artificiels fonctionnent aussi comme des barrières de protection littorale contre les tempêtes et protègent les espaces vitaux sensibles, comme par exemple les marais, des conséquences d’une élévation du niveau de la mer.

Les coraux ne manquent pas d’autres ressources surprenantes.

16’09

Au début des années 1970, le Dr Patat, de l’Institut de recherche de Garches, en France, a remarqué la similitude entre coraux et os humains.

Certes, les coraux sont formés de carbonate de calcium et les os de phosphate de calcium. Mais la taille et la régularité de leurs pores ainsi que le nombre des liaisons concordent.

16’35

La résistance à la rupture et la teneur en calcium, en magnésium et en fluorures sont presque identiques.

16’50

Voici l’architecture d’un os qui ne se distingue d’un corail que par des aspects minimes.

16’58

Les premiers greffons de corail ont été réalisés il y a quelques années à Garches.

17'10 Commentaire 2 : Dr. C. Cuillemin, biologiste : français.

17’38 Commentaire 1 :

Cela fait maintenant plus de sept ans que le corail est utilisé comme biomatériau de prothèse osseuse.

Les prélèvements de coraux en vue de ces implants ne menacent pas les récifs. Les plongeurs en remontent chaque année deux tonnes de la partie tropicale du Pacifique. Les chercheurs en biologie marine sélectionnent avec soin les endroits appropriés de manière à laisser aux récifs le temps de se reconstituer.

18’03

Après analyses chimiques, les fragments coralliens sont découpés en laboratoire, stérilisés, puis taillés et polis selon les mesures de l’os récepteur.

18’21

Plus de 100.000 patients ont reçu ces pièces de rechange puisées dans la nature. Comme on n’observe quasiment aucune réaction de rejet, la chirurgie orthopédique, la chirurgie plastique et la neurochirurgie recourent de plus en plus souvent aux coraux à la place des matériaux synthétiques. Une ostéocolle en pâte corallienne a été entre-temps mise en oeuvre.

18’48

L’os de la jambe a volé en éclats à la suite d’un accident de ski. La fracture apparaît bien à la radiographie. Après fixation par broche, les médecins implantent de petits morceaux de corail.

Quinze mois plus tard, la fracture est guérie. L’implant corallien a été entièrement assimilé par le nouvel os.

19’28

L’homme rêvait depuis longtemps d’utiliser les propriétés exceptionnelles de la soie d’araignée, dont chacun des fils est deux fois plus résistant à la traction que l’acier. L’élasticité de ce produit naturel est par ailleurs supérieure à celle des fibres synthétiques : les fils des toiles sont extensibles jusqu’à dix fois leur longueur initiale, alors que l’indice d’étirement du nylon est de 20 %.

19’58

A Laramie, dans l'État du Wyoming, des scientifiques cherchent à découvrir le secret de la soie d’araignée.

20’11

Karen Lewis, huit ans, fait la chasse aux araignées. Les bons jours, elle attrape plus de dix spécimens de ces araignées pour son père, le Dr Randy Lewis, l’un des grands spécialistes de la soie d’araignée. Le Dr Randy Lewis croit fermement à l’avenir de ce matériau naturel.

20’33

Les araignées soyeuses existent depuis plus de 400 millions d’années. De quoi mettre au point des fils de soie hautement spécialisés.

Bien qu’il existe plus de 20.000 espèces d’araignées tisseuses dans le monde, seul un petit nombre d’entre elles intéressent le scientifique. Beaucoup vivent en effet dans les Tropiques et sont donc difficiles à conserver en laboratoire ou produisent trop peu de soie dotée des propriétés recherchées.

21’04

Pour analyser la composition chimique de la soie, on "trait" en quelque sorte l’araignée.

21’10

Simple travail de routine : l’araignée est insensibilisée à l'aide d'acide carbonique, puis fixée sur un carton.

21’21

Au microscope, un assistant tire avec précaution le fil des filières situées sur la partie postérieure de l’abdomen.

Chacune de ces araignées émet plus de 100 mètres de fil de soie par jour.

21’40

Les scientifiques ne se contentent pas de déchiffrer le secret de leurs fils. Ils veulent apprendre aux bactéries la technique du tissage. C’est là qu’intervient le génie génétique : les chercheurs ont transmis à des bactéries le gène du fil de secours. Les micro-organismes devraient ainsi produire à moindre coût et plus rapidement les fils si convoités.

22’02

Chacun de ces petits points est une culture de bactéries. Une fois le gène de la soie transmis à une seule bactérie, on peut multiplier celle-ci des millions et des millions de fois pour finalement produire avec son aide une soie brute.

22’27

Ce succès est le fruit d’années de travail.

22'43 - Commentaire 2 : Randy Lewis, Chercheur en biologie moléculaire

"Cette soie n'a pas été fabriquée par une araignée mais par des bactéries. Nous leur avons incorporé un gène synthétique qui ressemble au gène d'une des protéines de la vraie soie produite par l'araignée. Cette soie est un matériau très simple dont les protéines sont composées d'atomes de carbone, d'hydrogène, d'oxygène et d'azote. C'est une combinaison bien particulière de ces atomes qui donne à la soie d'araignée des propriétés exceptionnelles qu'on ne retrouve dans aucune fibre textile synthétique. Pour cette raison, nous l'étudions. La soie de l'araignée est très élastique mais résiste aussi à de très fortes tensions. Les fibres synthétiques peuvent présenter l'une de ces propriétés, mais jamais les deux réunies."

23’38 Commentaire 1 :

Cette combinaison de propriétés explique justement tout l’intérêt des militaires pour les araignées.

23’47

Voici deux employés au travail dans le laboratoire de recherche de l’armée américaine Natick, situé dans les environs de Boston : la biologiste Charleen Mello et une araignée qui tisse des fils de soie dorés.

24’00

Le laboratoire mène des recherches sur la soie d’araignée depuis 1987.

24’07

Les fils d'araignée produits par le laboratoire du professeur Lewis trouveront peut-être leur première application dans le domaine militaire, où l’aspect financier ne joue qu’un rôle mineur.

24’20

Ici aussi, on extrait tout d’abord la soie des araignées.

Le fil de cette araignée est extrêmement élastique : ses toiles ne cassent pas lorsqu’un insecte s’y fait prendre. Elles s’allongent au contraire pour absorber l’énergie.

24’41

Plusieurs centaines de mètres de soie pure obtenus à partir d’une seule araignée. Un fil mou et fin, et pourtant plus dur que l’acier et plus élastique que le nylon.

25’00

Les militaires aimeraient bien connaître les propriétés cachées de ces fils d’or.

25’10

La cave du laboratoire de recherche est le royaume de Phil Cunniff. Ce chercheur en sciences des matériaux suit la nature à la trace.

25’22

Pour en mesurer l’élasticité, il tend la soie d’araignée dans un dispositif d’essai de balistique à air comprimé.

25’33

A l’instar des matériaux techniques à deux composants, comme les mélanges de fibre de verre et de résine, une déchirure superficielle de la soie d’araignée peut ne pas se propager si facilement.

25’49

Derniers préparatifs pour le prochain tir.

25’55

La lampe stroboscopique fige le mouvement d’un dix millième de seconde.

26’07

L’ordinateur calcule les propriétés d’un tissu à partir du comportement à la rupture d’un seul fil.

26'17 - Commentaire 2 : Phil Cunniff, ingénieur :

"La soie d'araignée présente pour nous un grand intérêt. Elle est en effet beaucoup plus résistante que les fibres utilisées actuellement dans la fabrication des vêtements pare-balles et des parachutes par exemple. Avec des matériaux tels que la soie, nous pourrons concevoir des textiles qui amortiront des chocs bien plus puissants."

26’45 Commentaire 1 :

La soie de l’araignée ouvre ainsi de tout nouveaux domaines d’application. Et pas seulement pour les militaires. Disposant là de fibres non seulement élastiques, mais également douces et agréables à porter, les collections de haute couture se reconvertiront peut-être bientôt à la soie de l’araignée.

27’15

Comme le produit naturel est constitué de protéines pures, le recyclage ne pose aucun problème. La soie représente même pour l’araignée un aliment énergétique dont elle se nourrit avant d'en produire de nouveau.

27’34

Les biomatériaux animaux ne sont pas les seuls à receler des propriétés extraordinaires. Les végétaux sont eux aussi plein de ressources étonnantes. Ce cactus mort révèle au grand jour ce qui maintient sa structure au plus profond. Les fibres de cellulose sont emmêlées en réseau. Légèreté et stabilité extrême se combinent de manière idéale.

28’03

Avant que le coton ne devienne le premier fournisseur de tissu, d’immenses champs de lin tapissaient les paysages d’Europe. Depuis plus de 7.000 ans, le lin est la plus ancienne plante cultivée par l’homme.

28’22

Le village reconstitué de Hessenpark restitue les traditions anciennes.

28’34

Après la récolte, les plantes textiles sèchent à la fumée de manière à éliminer le ciment pectique enrobant les fibres cellulosiques de l’écorce et à isoler ces dernières en vue d’obtenir la filasse. Cette opération s’appelle le rouissage.

28’54

Le teillage consiste ensuite, à l’aide d’une broie, à battre les faisceaux fibreux pour séparer les fibres textiles des parties ligneuses. On aperçoit enfin les premières fibres.

29’11

Un institut de recherche appliquée de Reutlingen s’intéresse justement à ces fibres.

29’17

Le microscope révèle la finesse de leur architecture : les tiges de plus d’un mètre de longueur développent sous leur écorce des faisceaux de fibres textiles de 6 centimètres de long, que l’on voit ici en coupe transversale. Le ciment végétal lie les fibres en une longueur de plus de 90 cm.

29’37

Les propriétés fluctuantes du matériau le rendaient jusqu’à présent inapte à des applications techniques. Or, les fibres de lin comptent parmi les matières naturelles les plus résistantes à la rupture, leur résistance à la traction est supérieure à celle de l’acier de construction.

29’55

Il fallait donc élaborer des méthodes qui garantissent une qualité constante et ouvrent des possibilités d’application à une matière naturelle dans des domaines où jusqu’ici seules des fibres synthétiques étaient utilisées.

Le procédé de fabrication d’un non-tissé par voie humide consiste à mélanger les fibres de lin à l’eau et à des granulés de plastique.

30’18

Les scientifiques engrangent de précieuses expériences pour les applications futures à l’échelle industrielle.

30’30

La nappe plastifiée est thermodurcie sous presse, entrant en liaison solide avec les fibres de lin pour produire un matériau composite. Le lin remplace ici le mat de fibres de verre ou le Kevlar qui sont dix fois plus cher.

30’57

Les nouvelles matières premières de la nature, pourtant séculaires, rivalisent avec les produits de synthèse.

31’08 Martin Tubach, Ingénieur :

"Les caractéristiques des fibres de lin permettent de concevoir des applications techniques jusqu’ici réservées uniquement aux fibres synthétiques. Par exemple dans le domaine des matériaux de friction, comme ce disque d’embrayage, où le lin peut remplacer l’amiante ou le verre. Ou bien dans le secteur de la protection thermique. Voici un gant, où l’on a remplacé le fil synthétique par un fil en fibre de lin. On peut aussi penser à des fibres de renfort dans le domaine des matières synthétiques en masse. Ou bien imaginer des applications pour les pièces usinées, ici un non-tissé avec une aptitude extrême à l’emboutissage profond. Le potentiel des applications est immense dans le secteur automobile, comme pour ce type d’habillage intérieur, mais ce n’est qu’un exemple parmi tant d’autres."

32’27 Commentaire 1 :

Les fibres naturelles ne possèdent pas seulement des propriétés hors pair. La matière a aussi le génie de la transformation. Nos ancêtres se sont peut-être inspirés de l’art des tisserins pour travailler les fils de leurs habits et de leurs étoffes.

33’03

Les ingénieurs recourent à la technique traditionnelle du tissage, comme ici pour le façonnage de pièces plastiques pour l’automobile. Ce matériau est renforcé par un tissu incorporé au plastique.

33’21

La mise en forme est souvent source de difficultés. Le Dr Reinhard Mehn, directeur au département de recherche sur les matériaux, le sait depuis longtemps : le tissu fait des plis indésirables, car il n’est pas suffisamment déformable. D’où l’apparition de points faibles, où la pièce se fissure ou se rompt à la sollicitation.

Le Dr Reinhard Mehn a découvert la solution par hasard.

33’45 Dr Reinhard Mehn, Ingénieur :

"Il y a quatre ans environ, je regardais ma fille tricoter. J’ai alors pensé qu’il devait être possible de transposer la technique du tricotage à des structures de surface textile - autrement dit reprendre cette configuration de surface où l’on monte maille après maille, où chaque maille est hautement déformable et s’en servir comme point de départ à des matériaux composites."

34’22 Commentaire 1 :

L’essai montre parfaitement la différence : le tissu ne se laisse que difficilement mettre en forme. Les bords font des plis.

34’33

Il en va différemment du tricot, qui s’adapte à chaque forme sans faire de pli.

34’45

Les machines peuvent aujourd’hui tricoter à loisir n’importe quelle forme, comme ce métier circulaire qui produit un tube sans fin.

Il semble bien que cet artisanat ancien, probablement découvert en Espagne à la fin du Moyen-Age - lorsque l’étiquette exigeait le port de jambes de bas -, ait un grand avenir dans la construction automobile moderne.

35’15

Sur ce prototype de portière, le tricot épouse parfaitement tous les bords sous l’enveloppe plastique. Le moulage à la presse n’est plus nécessaire : il suffit de tricoter la pièce selon les besoins.

35’30

Le brin de blé dépasse de beaucoup en élasticité les ouvrages techniques, comme les tours de télévision.

35’38

Le brin de blé n’est qu’une tige creuse, dont l’enveloppe externe est renforcée par la cellulose. Chaque cellule est constituée de plusieurs couches d’éléments fibreux extrêmement fins. Un tissu de bois se forme entre les structures cellulosiques : c’est la lignine. La nature nous présente le modèle parfait du tissé - qui a fait ses preuves depuis des millions d’années.

36’04

Un modèle pour les chercheurs en sciences des matériaux, qui imitent la nature avec le Kevlar ou les fibres de verre. Alors que les fibres s’organisent d’elles-mêmes de manière idéale chez les plantes, les métiers à tricoter doivent reproduire le mécanisme complexe de la croissance.

36’37

Karl Steiner est un chercheur allemand qui travaille depuis onze ans au centre des composites de l’université du Delaware.

36’48

Malgré les nouvelles matières premières mises au point par l’homme, Karl Steiner sait que la nature a encore beaucoup d’avance sur nous.

Des températures extrêmes, allant de - 200° à plus de 900°, sont nécessaires à l’assemblage des matériaux composites. Contrairement à la nature, la science des matériaux n’arrive à rien à température ambiante.

37’19 Karl Steiner, Ingénieur :

"Le bois et les composites modernes présentent un grand nombre de points communs car ce sont des matériaux composites. On y retrouve exactement la même structure de fibres. Et lorsqu’un trou provenant d’un noeud se forme par exemple dans le bois, l’orientation des fibres s’adapte exactement pour soutenir le bois. On voit de même sur cette arête les différentes strates de bois d’un contre-plaqué. Et ce matériau composite présente la même disposition de fibres que celle que nous enseigne la nature. Sauf que la nature est toujours un peu en avance sur nous."

38’02 Commentaire 1 :

Le soir, Karl Steiner fouille souvent les poubelles. Plus les objets qu’il y trouve sont extravagants, plus il est content.

38’16

Ses trouvailles sont destinées à sa femme. Deborah Stelling crée des sculptures à partir de matériaux composites.

38'28 - Commentaire 2 :

M. Steiner

"- Je t'ai rapporté quelque chose du labo. Je crois que tu vas aimer. Celui-là n'est pas mal du tout. C'est un matériau que nous avons fabriqué cette semaine.

Deborah Stelling

- J'en ai déjà vu de plus beaux.

M. Steiner

- Celui-ci va te plaire. Tu trouveras peut-être ton bonheur là-dedans.

Deborah Stelling

- J'aime bien celui-là : il a des lignes plus intéressantes que l'autre. Je crois qu'on peut en tirer quelque chose.

M. Steiner

- Ca me fait toujours plaisir de rapporter des choses du labo.

Deborah Stelling

- Merci !

M. Steiner

- J'ai hâte de voir ce que tu vas en faire !

Deborah Stelling

-J'aime bien cette chute.

Deborah Stelling

- La texture est intéressante, mais c'est surtout la forme qui importe ici, le contraste entre les bords irréguliers et ce demi-cercle découpé. Une sorte de mélange entre la matière à l'état brut et la matière maîtrisée."

39’22 Commentaire 1 :

L’association de composites avec des matériaux naturels donne tout leur charme aux sculptures de Deborah Stelling.

39'48 Deborah Stelling, Artiste :

"Cet élément est composé d'une structure en forme de rayon d'abeille recouverte d'une résine époxyde. Ce qui m'intéresse ici c'est le lien avec la nature. Voici l'élément avant que la résine n'ait été ajoutée. C'est une imitation parfaite d'un vrai nid d'abeille et je trouve qu'il apporte vraiment quelque chose à la sculpture."

40’15 Commentaire 1 :

L’art n’a cessé d’accompagner la science des matériaux au cours de l’histoire de l’humanité.

40’20

Lorsque l’homme a découvert le bois comme matière première, il s’est mis aussi à le sculpter en artiste. De même avec les statues d’argile. Or, les créateurs se sont rarement intéressés jusqu’ici aux composites modernes.

40’37

La nature ignore l’art. Ses créatures sont pourtant si belles, si esthétiques.

40’43

Les méduses sont composées d’eau à 98 %. Ces organismes à forte teneur de liquide interstitiel donnent ce que l’on appelle en science des matériaux une gelée polymère.

41’02

Aux yeux des chercheurs, ces splendides limacidés ne sont de même qu’une simple gelée.

41’12

L’holothurie est d’ordinaire aussi molle qu’un pudding. En cas de danger, elle est capable de durcir son corps comme un concombre pas mûr.

41’24

Les gelées ont tant d’autres choses à nous raconter.

41'53 Commentaire 2 : Prof. Yoshihito Osada, chimiste

"Le gel polymère est souvent considéré comme un matériau peu résistant alors que c'est souvent faux. Prenez, par exemple, les lutteurs de Sumo, sport national du Japon : ces hommes qui pèsent 150 parfois même 200 kilos se battent sans jamais se faire vraiment mal. Ils peuvent participer à plusieurs combats et en sortir indemnes. Pourquoi ? C'est très simple. Leur masse de chair absorbe les chocs et les protège. Donc, si nous utilisons ce gel de façon intelligente, nous pourrons créer des matériaux très résistants."

42’58 Commentaire 1 :

Une gelée prend jusqu’à trente fois son volume d’eau - en restant toujours aussi dure.

43’09

Les chercheurs japonais lui ont déjà enseigné le mouvement.

43’16

Une jambe en gelée polymère frappe un petit ballon de football.

43’20

Mû par une gelée, le gardien de but s’élance vers la balle. Le mouvement est commandé par une mise sous basse tension. Si l’on inverse les pôles, la gelée revient en arrière.

43’38

Cette minuscule danseuse bouge également à l’aide d’un petit morceau de gelée.

43’55

Cette fois, l’énergie du mouvement n’est pas fournie par le courant électrique ; ce sont des forces osmotiques qui font évoluer la danseuse en pirouettes.

44’30

La nature ne tient ni par des coutures, ni par des rivets, ni par des vis, ni par des soudures. Tout ou presque est collé. Les liaisons adhésives sont un excellent isolant. Elles s’appliquent surtout plus facilement et plus rapidement et sont plus résistantes à la sollicitation que les assemblages mécaniques.

44’52

La chrysope utilise une véritable colle instantanée pour placer ses oeufs à bonne hauteur. La colle durcit en quelques secondes et maintient l’oeuf en quasi-suspension. Au contraire des produits artificiels, aucun solvant toxique ne s’évapore.

45’11

Les moules sont les championnes d’une colle encore plus étonnante : les fils de byssus qu’elles synthétisent leur servent de chaîne d’ancre qui se fixe d’une simple goutte de colle sur les rochers, le sable ou d’autres coquillages. Le matériau ne doit pas seulement être capable de résister à des sollicitations extrêmes, il doit aussi durcir sous l’eau. Un problème quasiment insoluble pour les spécialistes des colles.

45’39

Pour le biologiste Herbert White, les moules sont une merveille de la nature qu’il convient d’élucider.

45'50 Commentaire 2 : Prof. Herbert Waite, Chercheur en biologie marine et biochimiste :

"La technique d'adhérence sous l'eau que les moules ont développée est un petit miracle technologique que nous aimerions beaucoup pouvoir imiter. Par ailleurs, elles absorbent les particules de métaux lourds présentes dans l'eau pour les entreposer dans les filaments de fixation appelés aussi le byssus. Les moules s'incrustent sur les coques des navires et autres structures sous-marines et créent ainsi une charge supplémentaire considérable que nous aimerions supprimer. Enfin, les fils de byssus sont un biomatériau absolument fascinant : très solides et résistants lorsque l'animal les utilise, ils sont rapidement détruits par des micro-organismes dès qu'ils ne servent plus."

46’39 Commentaire 1 :

Dans son laboratoire, des élastiques maintiennent les mollusques sur des plaques de verre. Mais les moules préfèrent se fier à leurs propres amarres de byssus.

46’56

Le Dr White recueille les fils de byssus dès que ceux-ci sont en nombre suffisant. Qu’à cela ne tienne ! Les moules en feront repousser d’autres en quelques heures.

47’11

A l’aide d’un scalpel, le Dr White sépare les fils de byssus des points de colle. Chaque partie est analysée séparément : les premiers, stables et durs, pour en tirer un nouveau biomatériau destiné à des applications techniques. Et les seconds comme modèle d’une nouvelle colle durcissant sous l’eau.

47’35

Après des années de travail, le Dr White a enfin réussi à isoler la protéine constitutive de la colle des moules.

47’44

Quelques grains dans un verre d’eau, et la biocolle est prête. Au début, le Dr White recherchait simplement la recette d’une nouvelle colle capable de tenir sous l’eau.

48’00

En traitant pour la première fois des plaques de métal, il a découvert une nouvelle propriété inattendue et jusqu’alors inconnue de cette colle :

48'28 Commentaire 2 : Prof. Herbert Waite :

"En étudiant le système de fixation chez la moule, nous avons découvert, à notre grande surprise, une famille de protéines qui ont deux fonctions : elles absorbent des métaux et permettent à la moule de s'incruster. Nous avons alors incorporé ces protéines à une plaque de métal pour voir si elles la rendraient plus résistante à la corrosion."

48’57 Commentaire 1 :

A gauche, la plaque non traitée, à droite la plaque traitée à la biocolle.

49’10

Le monde sous-marin réserve encore une foule de surprises aux biologistes et aux ingénieurs. Les coquilles et les maisons des coraux, des coquillages et autres mollusques ne sont pas seulement de toute beauté. Elles sont aussi plus dures que l’acier ou la céramique. Aucune aciérie, aucune usine, aucune centrale n’est nécessaire pour produire ces formes étranges et ces matériaux merveilleux. Les plans de construction de ces structures si diverses sont la propriété des gènes.

49’50

Le Dr Monika Fritz se rend à son lieu de travail, à l’université de Californie à Santa Barbara. Elle piste les gènes responsables de la morphogenèse.

50’04

L’homme doit produire individuellement chaque pièce mécanique à prix fort, en consommant beaucoup d’énergie. Il faut produire de grandes quantités de rebuts et de déchets avant qu’une moto ne puisse rouler, par exemple. Comparé aux créations de la nature, il s’agit pourtant d’un système d’engrenage relativement simple.

50’27

Sur la plage qui borde l’université, le Dr Fritz cherche des coquilles d’ormeau, dont elle espère qu’elles livreront aux biologistes le secret de la morphogenèse.

50’42 Dr Monika Fritz, Biologiste :

"C’est un matériau assez dur, si l’on pense qu’il est fait des mêmes minéraux que la craie, la craie ordinaire, par exemple. On ne peut pas casser la coquille, du moins, moi, je n’y arrive pas. Autrement dit, le matériau est organisé différemment dans la coquille et dans la craie."

51’14 Commentaire 1 :

Comment ce gastéropode structure-t-il le calcaire pour que sa coquille soit non seulement plus dure que la céramique, mais aussi qu’elle ait toujours la taille adaptée au fur et à mesure de sa croissance ?

51’35

Les scientifiques ont eu une idée de génie, finalement très simple, pour étudier avec précision la morphogenèse de la coquille :

51’44

Le Dr Fritz place de petites lames de verre entre le manteau et la coquille. Le mollusque dépose sur ces lames une fine pellicule de la nacre qui constitue le manteau.

51’54

On retire ensuite une de ces lames de verre pour analyser au microscope à balayage les magnifiques structures, à la dureté extrême.

52’16

De minuscules couches de nacre cristalline, collées par des protéines. Aucun ingénieur ne pourrait produire de si petites structures, en tout cas pas encore. Bientôt peut-être, grâce aux techniques du génie génétique.

52'38 Commentaire 2 : Prof. Daniel Morse, chercheur en génétique moléculaire et biochimiste :

"En tant que généticien moléculaire, j'étais fasciné par les matériaux composites parce que leur structure est contrôlée par des gènes. Nous nous sommes rendu compte, en clonant des gènes, que si l'on arrivait à lire le code génétique des protéines qui se trouvent à l'intérieur de la structure, on serait alors en mesure de déchiffrer la "carte d'identité" qui donne toutes les caractéristiques de la structure du matériau. En collaboration avec des spécialistes des matériaux, des chercheurs, des physiciens et des chimistes, nous sommes en train de déchiffrer les caractéristiques de ce matériau composite. Nous espérons pouvoir dans l'avenir utiliser ces informations pour concevoir de nouveaux matériaux synthétiques pour le bâtiment et la fabrication de composants électroniques microscopiques."

53’32 Commentaire 1 :

La recherche est pleine d’avenir. La micro-électronique demande des éléments de plus en plus miniaturisés pour les intégrer dans les circuits électroniques.

Rien ne sera jamais assez minuscule pour les scientifiques. Dans leurs simulations informatiques tout au moins, ils font déjà tourner des roulements représentés par leurs atomes. Un cheveu humain aurait à cette échelle un diamètre d’un kilomètre environ.

54’08

Les nouvelles technologies révolutionneront peut-être la construction automobile.

54’15

Des moteurs, des carrosseries et des jantes fabriqués sur le modèle de la coquille d’ormeau, avec une matière première venue de la nature : plus dure que l’acier, insensible aux chocs et belle comme la nacre.

54’35

Le génie de la nature crée dans son laboratoire des inventions toujours plus surprenantes. Les ingénieurs sont invités à tirer parti des enseignements d’un monde qui est encore loin d’avoir livré tous ses secrets. Chaque être vivant abrite encore des trésors insoupçonnés.

Adaptation : 3 i Traductions.