Les lézards et les scolytes, un exemple de conceptions écoénergétiques
Les chercheurs du projet LiNaBioFluid, financé par l’UE, se sont tournés vers la bioconception dans un souci d’efficacité énergétique. Ils se sont penchés sur deux caractéristiques essentielles des machines: la lubrification et la réduction du frottement afin de minimiser la résistance à ce dernier. «Il s’agit d’une question très importante, car environ 5 % du budget national brut est perdu chaque année dans les pays industrialisés, à cause de l’usure et de l’abrasion», commente le Dr Emmanuel Stratakis, coordinateur du projet. Les solutions proposées se sont appuyées sur une bonne compréhension du rôle de la topographie de surface et de la mouillabilité pour le transport de fluides, des canaux capillaires à la surface microstructurée sur laquelle le liquide se répand. Des biomodèles remarquablement efficaces: les lézards du désert et les scolytes Les lézards «collecteurs d’humidité» sont capables de survivre dans des conditions arides en collectant de l’eau sur leur peau grâce à un transport de liquide orienté. Le tégument externe de certains coléoptères plats d’Amérique du Sud possède des propriétés mouillantes uniques qui leur permettent de se camoufler lorsqu’il pleut. En quête d’un autre modèle utile, toujours en ce qui concerne le transport de fluide orienté, les chercheurs ont étudié le transport du liquide de défense huileux des glandes odorantes chez les punaises européennes (Heteroptera). Des modèles aux matériaux Grâce à la microscopie électronique, les scientifiques du projet LiNaBioFluid ont analysé les caractéristiques à l’origine de ces propriétés extraordinaires. Les structures observées ont ensuite été dupliquées à l’aide d’une technologie laser avancée sur des matériaux inorganiques durs comme le silicium, l’acier, le bronze et les alliages de titane. Leurs propriétés en matière de réduction des frottements et de transport des fluides ont ensuite été testées. Des gains d’efficacité ont été observés à tous les niveaux. Dans le démonstrateur, la friction a pu être réduite jusqu’à 50 % pour l’acier grâce à la structuration biomimétique par laser. Le transport de l’huile malgré la force de gravité a pu être réalisé avec succès en situation de graissage insuffisant. En outre, le transport de l’huile sur l’acier biomimétiquement structuré au laser s’est aussi avéré plus rapide. L’équipe a reproduit ces structures biomimétiques sur de grandes surfaces, allant jusqu’à 10 centimètres carrés. Les membres de l’équipe se sont également intéressés au problème du traitement des zones non planes dans les arbres en rotation dans des coussinets en milieu lubrifié. Une fois encore, l’inspiration est venue de la structure des peaux des requins et des serpents. Les résultats ont montré une réduction de 50 % du coefficient de frottement pour le démonstrateur des arbres en acier dans de l’huile moteur versus des coussinets en acier. Des applications dans divers secteurs D’autres résultats avaient trait à l’énorme potentiel d’application que présente la structuration biomimétique par laser. De nouveaux types de structures biomimétiques et nanométriques dans les métaux, les semi-conducteurs, les verres et les polymères pourraient trouver des applications en optique, en photonique, en microfluidique, en biomédecine, en nanoélectronique et dans l’énergie solaire. «Enfin, de nombreux progrès ont été accomplis dans la mise au point de processus utilisés pour les stratégies avancées de structuration laser, ainsi que dans la compréhension des processus complexes d’interaction laser-matière», déclare le Dr Stratakis. Par exemple, la réplication sur polymère des structures biomimétiques fabriquées au laser dans des métaux élargira grandement le champ des applications et permettra une production en série à un coût réduit. L’avenir de la biomimétique en ingénierie Les patients pourraient tirer parti d’implants en titane dotés de microstructures de surface produites par laser qui pourront être humidifiés par le sang et les fluides corporels, tout en empêchant la prolifération des tissus et des cellules. Ce résultat inattendu sera exploité dans le projet de suivi CellFreeImplant, dans le cadre du FET Innovation Launchpad. Les propriétés anti-réfléchissantes inattendues des microstructures bio-inspirées produites par laser sont protégées par une demande de brevet en cours et seront étudiées plus en détail dans le deuxième projet FET Innovation Launchpad, LaBionicS, qui fera suite au projet LiNaBioFluid. «Plus important encore, un brevet relatif à la technologie développée dans le cadre du projet LiNaBioFluid et intitulée “composant métallique superoléophile produit par laser avec des propriétés de rétention d’huile pour réduire le frottement” a été déposé par la Fondation pour la recherche et la technologie – Hellas et le Conseil supérieur de la recherche scientifique espagnol après la fin du projet», conclut le Dr Stratakis.
Mots‑clés
LiNaBioFluid, biomimétique, réduction du frottement, lézard, scolyte, transport de fluide, produit par laser
