Articles Tagués ‘biomimétique’

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De retour de Floride, je peux maintenant achever cette série sur le forum Innovation de la DGA, avec une dernière volée d’innovation (et évidemment, ce n’est pas parce que j’en parle maintenant qu’elles sont moins intéressantes). Bien entendu, je n’ai aucune prétention à l’exhaustivité, et je ne rends compte ici que des innovations que j’ai pu voir ou des équipes de recherche avec qui j’ai pu converser. Vous trouverez sur Internet nombre d’autres articles sur l’événement, mais voici donc la fin de ma sélection toute personnelle.

La feuille de Lotus et l’aéronautique

Encore une innovation parrainée par une personnalité de la DGA, en l’occurrence le pétillant et incisif Ingénieur général de classe exceptionnelle Christian Chabbert: FATAA. L’acronyme (oui, parce qu’à la DGA, on aime bien les acronymes) signifie Film Alternative (sic) au Tedlar (re-sic) ; amélioration d’aéronefs. Et il s’agit d’un sujet qui me parle particulièrement : le biomimétisme (voir cet article pour ceux qui sont intéressés au domaine).

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L’innovation s’inspire de la feuille de Lotus, et en particulier des capacités superhydrophobes de sa surface. Ce n’est pas un thème nouveau : depuis longtemps, les propriétés de la feuille de lotus sont connues et observées, et plusieurs travaux s’en inspirent. La feuille de ce végétal a en effet la capacité de repousser les gouttes d’eau qui glissent sur sa surface – le résultat étant que la feuille reste toujours propre ce qui permet à la fois de maximiser sa capacité de photosynthèse, et d’éviter toute colonisation microbienne. Cette propriété superhydrophobe est due à une rugosité nanométrique : la surface de la feuille est hérissée de nano-pics eux-même revêtus d’une cire hydrophobe (voir la représentation ci-dessus).

La capacité de la feuille de lotus à s’auto-nettoyer est connue depuis longtemps et inspire de nombreuses innovations (la NASA a elle-même utilisé cette propriété pour développer des textiles autonettoyants pour l’exploration lunaire – voir image ci-dessous, regardez le poster en arrière-plan).

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Le projet FATAA quant à lui s’intéresse aux propriétés de cette surface afin de développer une application pour les composites thermodurcissables en aéronautique. Il associe quatre partenaires : les sociétés EXPIRIS et Fluorotechnique, ainsi que l’Université Pierre et Marie Curie et le Collège de France.

L’objectif est de remplacer le Tedlar®, un matériau (polyfluorure de Vinyle) développé par DuPont, et permettant de protéger des surfaces exposées à un environnement hostile. L’objectif de ce projet RAPID de 39 mois était de développer une alternative au Tedlar® (qui fait l’objet d’un arrêt de production pour son utilisation aéronautique) en améliorant la performance de la protection, l’étanchéité, la facilité de mise en œuvre, et de répondre au défi de l’obsolescence, tout ceci dans une perspective de développement durable.

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Le résultat ? Un revêtement en spray, éco-neutre et inerte chimiquement, que l’on peut appliquer sur une structure composite (on peut même le peindre après coup). En mimant, à l’échelle nanométrique, les propriétés de la feuille de lotus, on obtient un résultat d’autant plus impressionnant que le film est appliqué en spray. Sur l’image ci-dessous, on voit les gouttes glisser sur la surface traitée (contour rouge) alors que sur le lettrage, non traité, elles s’étalent (contour bleu).

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Un projet novateur, et dual, avec des applications hors domaine de la défense, en photovoltaïque ou en aéronautique civile. En tout cas une innovation impressionnante à la fois en termes de capacité et de facilité de mise en oeuvre.

Les capteurs abandonnés et neurones à spikes

Un petit ajout à mon article sur AXONE, après avoir rebouclé vers le directeur de l’ISL, Christian de Villemagne : j’ai écrit à tort que le FPGA était uniquement conçu par la société Global Sensing Technologies. En réalité, le classifieur est un produit ISL, GST ayant intégré la technologie SpikeNet dans AXONE. Le projet SmartCam utilise d’ailleurs cette architecture (les cartes étant celles utilisée dans le projet AXONE).

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Au passage, cette technologie de classifieur par FPGA capable de faire de la reconnaissance de forme et développée par l’ISL a été récompensée par le prix 2016 de l’Ingénieur Général Chanson (un prix décerné chaque année par l’Association de l’Armement Terrestre (AAT), récompense des travaux permettant des progrès importants dans le domaine).

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En l’occurrence, il s’agissait de mettre en œuvre cette approche au sein d’un capteur autonome intelligent abandonné dénommé B-SAVED, doté d’une autonomie de 4 jours, et possédant, outre l’IA embarquée, un GPS et un module de communication. La version actuelle a été développée pour le 13e RDP.

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Voila, ce petit rectificatif méritait d’être mentionné. Outre les innovations décrites, de nombreux autres projets étaient présentés lors du forum (citons ainsi les projets de détection et de classification de cibles multispectrales dans l’infrarouge, de vision au-delà d’un obstacle par utilisation des multi-réflexions de photons, de la pile à combustible du fantassin, d’un réservoir capable de résister à l’impact d’une balle de 12,7 mm ou encore de la surveillance automatique des ondes cérébrales (projet MEEGAPERF) pour repérer les signes dans l’activité cérébrale qui permettent d’anticiper des ruptures de performances). Mais ce sera pour une autre fois…

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Connaissez vous le biomimétisme ? C’est l’inspiration puisée dans la Nature pour résoudre des problèmes d’ingénierie complexe. Les exemples sont nombreux : par exemple, l’imitation du motif de la carapace du scarabée de Namibie pour développer une gourde capable de se remplir en plein désert en capturant l’eau présente dans l’air ambiant (voir ci-dessous).

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On peut citer de nombreux exemples. L’un des plus connus est l’imitation des rémiges à l’extrémité des ailes des rapaces. Ces plumes écartées leur permettent de diminuer les tourbillons de traînée , et ont donné naissance au développement des « winglets », ces ailerons situés en bout d’aile sur tous les avions modernes. On peut également citer la structure des pattes du gecko pour créer des adhésifs nanométriques, capables de donner naissance à de véritables fantassins-araignées (voir cet article). Ou la plume du pingouin pour créer des nouveaux joints thermiques pour la rentrée des capsules spatiales dans l’atmosphère… les exemples sont donc légion. Mais dans les applications pour le domaine de la défense, la championne incontestable est la crevette-mante religieuse (connue également sous les noms de crevette-pistolet, crevette-paon, ou squille), et j’ai trouvé intéressant d’en faire le sujet de cet article.

Ce petit crustacé, de la taille d’une langoustine, est capable de vous casser une main sans aucun problème (d’ailleurs en anglais, on l’appelle « thumb splitter » – autant dire qu’il faut savoir le saisir). Car la bestiole possède deux organes semblables à des marteaux qu’elle utilise pour pêcher ses proies. C’est d’ailleurs pour cela qu’on ne la voit jamais dans un aquarium : elle tuerait tous les autres occupants sans aucun problème (et les plus gros spécimens, de 20cm, pulvériseraient l’aquarium lui-même). Le rapport avec la Défense ? J’y viens…

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Les marteaux en question sont eux-mêmes assez sophistiqués; à l’échelle nanométrique, ils sont composés de chitine, un matériau que l’on retrouve chez de nombreux arthropodes. Mais chez notre crevette, la chitine du marteau est cinq fois plus dense que le reste de son corps et organisée de telle manière à dissiper l’énergie, ce qui lui permet de ne pas se blesser (pour être précis, chaque marteau est composé d’un sandwich de chitosane et d’hydroxyapatite). Car le coup part à la vitesse d’une balle de calibre 22, créant une telle onde de choc que notre crevette assomme toutes les créatures à moins de 80cm d’elle.  Je vous conseille cette vidéo de l’attaque d’un poulpe par une squille. Impressionnant.

Chaque marteau frappe avec une force colossale de 1500 Newtons.  L’impact est si violent qu’il engendre des étincelles.Ces étincelles ont été étudiées par spectrographie. Leur température est proche…de celle de la surface du Soleil. Notre petit crustacé, outre l’onde de choc, crée donc une véritable explosion, qui engendre une bulle de vapeur (en gros, l’eau bout au point d’impact). C’est ce que l’on appelle la supercavitation.

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Ce mode d’action est connu depuis longtemps, et la squille a été étudiée en particulier par les Chinois et les Russes. Ces derniers ont ainsi, en s’inspirant de notre crevette, développé une torpille, la Chkval, pouvant se déplacer sous l’eau dans sa bulle d’air, à la vitesse de 370km/h (en gros, le double de la vitesse d’une torpille classique) – ci-dessous, l’extrémité d’une torpille Chkval.

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Les allemands auraient aussi développé une torpille baptisée « Superkavitierender Unterwasserlaufkörper » – et nos alliés américains sont en train de développer un programme analogue (avec très peu d’information disponible).

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Quant aux Chinois, ils ont annoncé avoir développé un concept de sous-marin supersonique, capable de voyager de Shanghai à San Francisco en 100 minutes (!), en utilisant la supercavitation et une «membrane liquide capable de réduire la trainée hydrodynamique ». Sans possibilité de vérification, on ne peut qu’être dubitatif. D’autant que la contrôlabilité d’un tel engin est problématique, ainsi que son mode de propulsion (combustible classique ? nucléaire ?).

Reste que notre super-crevette n’a pas dit son dernier mot dans le domaine de l’innovation. Ses couleurs chatoyantes s’expliquent ainsi par une hyper-sensibilité visuelle étonnante. Alors que l’œil humain ne dispose que de 3 types de cônes, la squille en possède…16 ! Elle reçoit la lumière d’une manière très différente de l’œil humain : on appelle cela la vision CPL pour Circular Polarized Light. De plus, les yeux du crustacé possèdent trois pseudo-pupilles qui lui permettent de trianguler la position de sa cible. Certains travaux visent donc à s’inspirer de ce mode de vision complètement différent de tout ce qui est connu, pour développer une nouvelle génération de caméras capables de distinguer et de cibler des différences infimes dans l’infrarouge ou l’ultraviolet.

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Et pour conclure, l’animal est aussi source d’inspiration pour le combattant augmenté. Des chercheurs de l’Université de Californie (Kisailus Biomimetics and Nanostructured Materials Lab) ont ainsi reçu un financement d’un demi-million de dollars par l’armée américaine (Air Force Office of Scientific Research), afin de s’inspirer de la carapace des marteaux de la squille pour trouver des nouveaux matériaux capables de jouer un rôle de protection balistique. Des essais reproduisant la structure de la carapace (modélisée par une technique utilisant les éléments finis) par impression 3D sont en cours – un prototype de casque a ainsi été développé.

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Le biomimétisme est donc un domaine d’avenir, en pleine expansion. Et ses applications dans le domaine de la défense sont nombreuses et encore largement sous-exploitées (notamment dans le domaine de la médecine militaire). Une filière biomimétique de défense en France pourrait ainsi avoir du sens, après tout, comme le disait Montaigne : « la Nature peut tout et fait tout ».