Pourquoi s’inspirer de la biodiversité pour relever les défis industriels ?

Relevons les défis industriels grâce à la bio-inspiration, solution moins conventionnelle, mais optimale et écologique !

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    18,5 Milliards

    Le marché de la bio-inspiration en 2028 (1) 

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    +741%

    De brevets déposés en bio-inspiration depuis 2000 (2) 

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    500 milliards

    La réduction du coût environnemental grâce à la bio-inspiration en 2030 (3) 

Bio-inspiration, de quoi
parle-t-on ?

Le vivant a établi des solutions efficaces, frugales et pérennes, en réponse aux contraintes de ses environnements spécifiques. La bio-inspiration s’efforce de comprendre les contraintes et d’observer les solutions du vivant pour les transposer sur des problématiques d’ingénierie.

C’est au cours d’une promenade en forêt et après avoir observé une étrange fleur, accrochée aux poils de son chien, que Georges de Maestral, un ingénieur suisse, invente un nouveau système de fixation, aujourd’hui incontournable, le Velcro. C’est en observant les martins-pêcheurs plonger dans l’eau pour chasser leur proie, que l’ingénieur et ornithologue Eiji Nakatsu propose une nouvelle forme pour designer l’avant du train japonais, le Shinkansen. Il imite la forme de leur bec, réduisant ainsi le bruit à l’entrée des tunnels, tout en allant plus vite et en économisant 20% d’énergie.

L'ingénierie multi-physique s'est toujours efforcée de développer des méthodes et outils d'optimisation pour concevoir des produits plus performants. Nous constatons que le monde naturel a su inventer des solutions optimales à tout problème, respectueuses de l'environnement. Giovanni Tufano Chef de projet R&I INSIDE | Capgemini Engineering

La nature est une nouvelle source d’inspiration pour les ingénieurs et les scientifiques dans laquelle ils peuvent puiser pour relever des défis industriels majeurs. Le vivant permet de répondre à des problématiques de multiples domaines tels que la santé, les matériaux, la mécanique, le bâtiment, l’agriculture ou encore l’énergie. La bio-inspiration nécessite la multi-disciplinarité des acteurs qui l’utilise et la convergence des compétences pour mieux comprendre les solutions du vivant.

La bio-inspiration, une nouvelle démarche d’innovation

Elle permet d’accélérer les processus de R&D en convergeant plus rapidement vers une solution en rupture avec l’existant. C’est une méthode qui incite à la préservation de la biodiversité.

En effet, sa destruction reviendrait à supprimer la base de données qui nourrit notre innovation. La bio-inspiration ouvre aussi à un nouveau métier, à la frontière entre l’ingénieur et le biologiste : le biomiméticien, qui concilie les deux disciplines pour mieux relever les défis industriels.

Il existe toutefois certaines limites à l’utilisation de la bio-inspiration. D’une part, le simple copier-coller de la nature ne garantit pas une meilleure performance, comme le démontrent nos avions qui ne battent pas des ailes.

En effet, les êtres vivants n’ont pas évolué pour satisfaire le besoin de notre espèce et être compétitifs dans notre monde industriel.

D’autre part, les systèmes d’ingénierie que l’on conçoit peuvent présenter des conditions d’utilisation que l’on ne trouve pas dans la nature (températures, pressions et vitesses élevées), ce qui rend inexorablement difficile l’identification d’espèces biologiques adaptées à la situation. On a ainsi pu voir une évolution de la démarche d’innovation, du biomimétisme (simple mimétisme de la nature) à la bio-inspiration (inspiration plus approfondie des mécanismes).

C’est en se rapprochant de nos clients que nous avons identifié la possibilité d’utiliser la bio-inspiration. Proposer une nouvelle approche, de nouveaux concepts et produits innovants qui pourraient ensuite les accompagner dans leurs activités de R&D et leurs problématiques d’ingénierie. S’inspirer de la nature permet d’obtenir une source d’inspiration supplémentaire non négligeable pour nos équipes qui travaillent au quotidien auprès de nos clients. Ludovic Blanc Team Manager Transportation et Sponsor projet INSIDE | Capgemini Engineering

Réduire notre consommation énergétique

La réduction de la consommation énergétique est l’un des principaux enjeux de ce siècle, plus particulièrement dans le domaine du transport. Il est donc nécessaire de réduire notre empreinte carbone en développant des systèmes moins énergivores et moins nocifs pour l’environnement.

Par conséquent, quelle stratégie adopter pour réduire la consommation de carburant dans le domaine du transport ?

Pour rendre le trafic aérien plus vertueux, les acteurs du secteur aéronautique souhaitent mettre en place le vol en formation, inspiré des oiseaux migrateurs. Un constructeur automobile s’est inspiré du poisson-coffre pour réduire le poids d’un véhicule. L’aérodynamisme est, aujourd’hui, l’une des pistes envisagées pour la réduction de la consommation énergétique.

Le domaine du transport de poids lourd est celui qui a le moins évolué en matière de consommation de carburant et les solutions apportées restent trop conventionnelles.

Le projet de Recherche & Innovation INSIDE (Introducing Natural Shapes in Design) développé par nos équipes Capgemini Engineering, se propose d’utiliser des formes bio-inspirées dans le secteur du poids-lourd dans le contexte d’une évolution des normes qui permettra un allongement de l’avant de la cabine pour une meilleure pénétration dans l’air.

  • Inside, le poids lourd bio-inspiré

     

    Objectif : concevoir un véhicule poids lourd bio-inspiré utilisant des profilages adaptatifs optimisés en fonction des conditions extérieures pour accroître l’aérodynamisme tout en respectant les besoins des constructeurs et les réglementations en vigueur.

     

    3 grandes thématiques : l’aérodynamisme, la bio-inspiration et les technologies adaptatives

     

    Objectif court terme : proposer et développer des solutions innovantes, optimisées et industrialisables rapidement pouvant être intégrées dans les véhicules déjà présents sur le marché. Et ce pour dépasser les limites de performances atteintes par la technologie actuelle et ainsi assurer un gain significatif en aérodynamisme.

     

    Objectif long terme : développer un nouveau design de poids lourd, avec une approche bio-inspirée intégrée globale, au-delà des limitations normatives et des configurations actuelles.

    C’est donc le développement d’un nouveau véhicule susceptible d’être en rupture avec la technologie actuelle et pouvant être considéré comme une nouvelle référence à l’image du Shinkansen.

Ce projet permet à Capgemini Engineering d’accroître ses compétences méthodologiques en conception et réalisation de produits innovants. La multi-disciplinarité du Groupe Capgemini permet d’embarquer des collaborateurs de nombreux domaines pour mener à bien le projet via un catalogue de nouvelles solutions technologiques bio-inspirées. Ce projet se présente comme une référence dans le domaine du transport et permet de développer des partenariats stratégiques, notamment dans le cadre d’une mobilité plus verte. Nassardin Guenfoud Chef de Projet INSIDE | Capgemini Engineering

Behind The Pitch

Comment améliorer le rendement énergétique ?

La bio-inspiration permet d’améliorer le rendement des systèmes énergétiques dans leur globalité.

Pour améliorer l’efficacité des éoliennes, des ingénieurs ont proposé une forme de pale inspirée des nageoires de baleines. L’EastGate, bâtiment situé au Zimbabwe, s’est inspiré des termitières pour améliorer la circulation de l’air et s’affranchir de la climatisation pour obtenir une température intérieure toujours optimale malgré les fortes chaleurs à l’extérieur.

Les constructeurs de moteur sont très attentifs au rendement énergétique de leur produit qui est l’un des principaux indicateurs témoignant de l’efficacité de leur concept.

Le projet de Recherche & Innovation AIRCOMP (Air Compressor), développé par nos équipes Capgemini Engineering, étudie les compresseurs à air pour les moteurs à hydrogène afin d’améliorer l’alimentation en air des piles à combustibles (PAC) et ainsi d’agir sur la quantité d’énergie consommée par le système. Le secteur de l’hydrogène est en plein essor et bien que les technologies de PAC soient en constantes amélioration, les compresseurs à air restent eux plus standards avec l’utilisation de technologies déjà existantes.

  • AIRCOMP : la bio-inspiration pour accroître ses performances

     

    Objectif : développer un système de compresseur d’air s’intégrant aux circuits d’alimentation en oxygène d’une pile à combustible (PAC) de type PEMFC. Il sera également question de son impact sur les pertes de charges globales du moteur à hydrogène. Nos équipes conçoivent et adaptent un compresseur à air pour ne plus être dépendant des systèmes existants.

     

    Eléments de nouveauté : le recours à la bio-inspiration pour obtenir un gain de performance. Et, la réalisation, à l’aide de la fabrication additive, de formes naturelles complexes, qui ne sont pas réalisables à l’aide d’une approche conventionnelle.

    L’ensemble de ces recherches est basé sur une utilisation optimale des sources énergétiques et donc une augmentation de l’efficacité du système non pas par la hausse des performances mais par la réduction de la consommation et des pertes.

     

    Un projet précurseur : aujourd’hui, le secteur de l’hydrogène se focalise sur l’augmentation des performances pour compenser une consommation excessive des auxiliaires. Les améliorations possibles grâce à ce changement de paradigme dans le cadre du projet AIRCOMP présentent un vrai statut de nouveauté par rapport aux solutions existantes sur le marché.

La plupart des constructeurs travaillent sur la pile elle-même pour améliorer le rendement, nous avons fait le choix de nous différencier en intervenant sur l’élément faible de la chaîne d’énergie : le compresseur à air. Le but est d’améliorer son impact sur le rendement total du système ainsi que sur l’énergie disponible pour alimenter le véhicule. Pour cela, nous avons mobilisé nos équipes afin de trouver des solutions innovantes via la bio-inspiration pour ensuite accompagner nos clients dans le développement des PAC. David Bouteille Global Program Office et sponsor projet AIRCOMP | Capgemini Engineering

Accompagner nos clients avec des solutions innovantes

La bio-inspiration est donc une stratégie d’innovation qui s’intègre parfaitement à l’environnement de Capgemini et permettra à ses collaborateurs de proposer de nouvelles solutions à nos partenaires afin de relever leurs défis industriels. Nous accompagnons nos clients sur des projets d’envergure pour les secteurs du transport et du spatial et inscrivons la nature comme un véritable partenaire d’innovation.

Nos experts en parlent

Nos équipes présentaient leur vision de la bio-inspiration et son utilisation dans le cadre de deux projets de recherche dans le domaine du transport et de l’énergie : INSIDE & AIRCOMP, lors de la Biomimexpo 2021.

Nos experts à la Biomim'expo

Salon Biomim'expo 2021

Revivez l'intervention de nos experts

1© Global Biomimetic Technology Market – Analysis and Forecast, 2018-2028, BIS Research Institute, 2018

2© The Da Vinci Index & Biomimicry, Fermanian Business & Economic Institute

3© THE DA VINCI INDEX & BIOMIMICRY , FERMANIAN BUSINESS & ECONOMIC INSTITUTE)