Les ingénieurs ne sont pas les premiers à avoir réfléchi à l’efficacité énergétique. La nature y travaille depuis… 3,8 milliards d’années. Chaque feuille, chaque carapace, chaque nageoire est le résultat d’un gigantesque « programme R&D » mené à l’échelle du vivant. Le biomimétisme, c’est l’idée assez simple – mais redoutablement puissante – d’aller y puiser des solutions pour nos technologies et nos modèles industriels.
Dans un contexte de crise climatique, cette approche n’a plus rien d’un gadget « green » pour conférences inspirantes. Elle devient un levier stratégique pour la transition énergétique, en particulier pour les entreprises qui cherchent à faire plus (ou au moins autant) avec moins : moins d’énergie, moins de matériaux, moins d’impact.
Explorons quelques exemples concrets de biomimétisme appliqué à l’énergie, et surtout ce qu’ils impliquent pour les directions innovation, R&D et opérations.
Pourquoi le biomimétisme change la donne pour la transition énergétique
La plupart des plans de décarbonation reposent sur deux piliers :
- Décarboner les sources d’énergie (renouvelables, hydrogène, etc.)
- Réduire la consommation (efficacité, sobriété, optimisation des process)
Le biomimétisme vient surtout percuter ce deuxième pilier. La nature :
- ne gaspille quasiment rien (boucles de matière quasi fermées),
- fonctionne à basse énergie, souvent à température et pression ambiantes,
- optimise la forme et la structure plutôt que de surdimensionner.
Pour l’industrie, cela se traduit par trois types d’opportunités :
- Réduire la demande d’énergie (design, architecture, matériaux intelligents)
- Améliorer la production d’énergie (rendement des éoliennes, photovoltaïque, stockage)
- Repenser les modèles économiques (services plutôt que produits, symbioses industrielles inspirées des écosystèmes)
Passons aux cas concrets.
Quand les baleines optimisent les éoliennes
Commençons par un exemple désormais classique, mais qui illustre bien la logique : les nageoires de baleine à bosse et les pales d’éoliennes.
Les baleines à bosse possèdent sur le bord d’attaque de leurs nageoires de grandes protubérances, appelées tubercules. D’un point de vue d’ingénieur, c’est contre-intuitif : on imagine qu’une surface lisse est plus aérodynamique. En pratique, ces « bosses » réduisent les turbulences et retardent le décrochage du flux.
En s’en inspirant, plusieurs équipes (notamment WhalePower Corp. au Canada) ont développé des pales d’éolienne avec bord d’attaque « tuberculé ». Résultat mesuré en soufflerie :
- augmentation de la portance jusqu’à environ 20 %
- diminution de la traînée jusqu’à 30 % selon les configurations
- meilleure performance à basse vitesse de vent
Pour un développeur de parc éolien, cela signifie potentiellement :
- plus de production à site identique, donc un LCOE (coût actualisé de l’énergie) plus bas ;
- une meilleure exploitation des sites à faible vent, donc plus de flexibilité d’implantation ;
- une réduction des contraintes mécaniques, donc OPEX potentiellement réduits.
Au-delà des chiffres, ce cas est intéressant pour une autre raison : l’innovation porte essentiellement sur la géométrie, pas sur le matériau ou le système de contrôle. Autrement dit, c’est une amélioration « low tech » au sens noble : une intelligence de design qui génère du gain énergétique sans surcomplexifier l’actif.
Pour les équipes R&D, cela pose une question stratégique : combien de vos projets d’amélioration de performance pourraient être traités d’abord comme des problèmes de forme et de flux, en s’inspirant du vivant, plutôt que comme des problèmes d’ajout de technologie ?
Feuilles, ailes d’insectes et solaire plus efficace
Le photovoltaïque est souvent présenté comme une technologie « mature ». Pourtant, une bonne partie du potentiel d’optimisation n’est pas dans la cellule elle-même, mais dans la façon dont la lumière y est amenée et gérée – un terrain de jeu idéal pour le biomimétisme.
Deux sources d’inspiration dominent : les feuilles des plantes et certaines ailes d’insectes.
1. Les feuilles et la gestion optimale de la lumière
Une feuille n’est pas simplement une « plaque » qui absorbe la lumière. C’est une architecture complexe qui :
- capte la lumière sous différents angles au cours de la journée,
- répartit cette lumière dans la profondeur du tissu,
- limite les pertes par réflexion.
Des équipes de recherche ont transposé cette logique à des modules solaires en travaillant :
- sur des structures micro-texturées en surface (nano-textures inspirées de l’épiderme des feuilles) pour piéger davantage les photons,
- sur des organisations tridimensionnelles (panneaux orientés comme un couvert végétal plutôt qu’un « tapis » uniforme).
À la clé : des gains de rendement de quelques pourcents – marginaux vus de loin, mais considérables à l’échelle d’un parc de plusieurs dizaines de MW installé sur 25 ans.
2. Les ailes de papillon et le « black solar »
Certaines espèces de papillons noirs (par exemple le papillon noir de roseau) possèdent des structures nanoscopiques sur leurs ailes qui piègent quasi intégralement la lumière. Pour l’observateur, le noir semble plus profond que le noir habituel.
En copiant ces architectures sur des revêtements photovoltaïques, plusieurs laboratoires ont obtenu des surfaces dites « ultra-noires », avec une réflectance très faible. Moins de lumière réfléchie, c’est plus de lumière convertie en électricité.
Applications business potentielles :
- modules PV à plus haut rendement sur surfaces contraintes (toitures, façades où chaque m² compte)
- intégration architecturale plus esthétique (façades noires profondes, uniformes)
- réduction du besoin de surdimensionnement des installations pour atteindre un objectif de production.
Pour un développeur ou un fabricant, l’enjeu n’est pas seulement technologique : il est aussi marketing et réglementaire. Une solution inspirée du vivant qui permet de gagner 3–5 % de rendement sans changer les dimensions et sans matériaux critiques supplémentaires, c’est un argument solide dans un contexte de tension sur les coûts et les chaînes d’approvisionnement.
Termitières, fourmilières et bâtiments passifs
La transition énergétique ne se joue pas uniquement sur la production, mais aussi sur les usages, au premier rang desquels le bâtiment. Là encore, la nature a quelques millénaires d’avance.
L’exemple le plus cité est celui des termitières africaines. Malgré des amplitudes thermiques importantes entre le jour et la nuit, l’intérieur reste à une température quasi constante. Comment ? Grâce à une ventilation naturelle extrêmement fine, obtenue par un réseau de galeries et de cheminées d’air.
Ce principe a été transposé dans plusieurs projets de bâtiments, dont le plus connu est l’Eastgate Centre à Harare (Zimbabwe), un complexe de bureaux et de commerces. Résultat :
- consommation d’énergie pour le chauffage et la climatisation réduite d’environ 90 % par rapport à un bâtiment standard de taille équivalente ;
- CAPEX légèrement supérieur, mais OPEX très largement inférieurs sur la durée de vie de l’actif ;
- modèle économique plus résilient dans un pays où l’électricité est chère et peu fiable.
Au-delà de cet exemple, plusieurs tendances se dessinent :
- façades ventilées inspirées des peaux d’animaux (poils, plumes) qui gèrent l’échange thermique avec l’extérieur ;
- toitures inspirées des cactus ou des plantes grasses pour gérer à la fois chaleur et stockage d’eau ;
- matériaux de construction bio-inspirés (bétons poreux inspirés des os, matériaux composites inspirés des coquillages) pour améliorer inertie thermique et durabilité.
Pour un investisseur immobilier ou un énergéticien qui opère des réseaux de chaleur et de froid, l’intérêt est double :
- réduire la demande structurelle d’énergie, avant même d’envisager des solutions de pilotage ou de production décarbonée ;
- créer des actifs plus résilients à long terme, moins exposés aux futures contraintes sur le carbone et sur le réseau électrique.
Stockage d’énergie : les leçons des plantes et des organismes extrêmes
Le stockage reste le talon d’Achille d’un système énergétique largement renouvelable. Là encore, le vivant est un maître de l’art : il sait stocker l’énergie sous différentes formes (chimique, mécanique, potentielle) avec des niveaux d’efficacité et de compacité impressionnants.
Deux pistes intéressantes :
1. Photosynthèse artificielle inspirée des plantes
La photosynthèse est, en théorie, l’une des façons les plus élégantes de stocker l’énergie solaire : convertir des photons en liaisons chimiques (glucides, lipides, etc.) stables et facilement transportables.
Des projets de « feuilles artificielles » cherchent à reproduire ce mécanisme en transformant directement la lumière du soleil, le CO₂ et l’eau en carburants (hydrogène, méthanol, etc.). Les travaux encore en laboratoire s’inspirent :
- de l’architecture des chloroplastes pour maximiser la surface active ;
- des complexes enzymatiques naturels pour développer des catalyseurs plus efficaces et moins dépendants de métaux rares.
Pour un énergéticien, à horizon 10–20 ans, cela ouvre la perspective de :
- convertir l’électricité solaire en molécules stockables sans passer par la chaîne classique électricité → électrolyse → synthèse chimique ;
- installer des systèmes de production décentralisés de carburants renouvelables directement au plus près des usages.
2. Stockage mécanique inspiré des graines et des organismes extrêmophiles
Certaines graines stockent de l’énergie sous forme de contraintes mécaniques dans leur enveloppe, qu’elles libèrent de manière contrôlée (par exemple pour l’ouverture à la bonne saison). De même, des organismes extrêmophiles utilisent des structures internes pour encaisser et restituer des contraintes impressionnantes sans se dégrader.
En s’en inspirant, on voit apparaître :
- des matériaux composites pour volants d’inertie plus robustes et plus légers ;
- des ressorts et structures élastiques pour systèmes de stockage gravitaire ou mécanique à petite échelle ;
- des éléments anti-fatigue pour augmenter drastiquement la durée de vie de certains dispositifs de stockage.
Pour les acteurs de la mobilité ou du réseau (microgrids, stockage local), ce type d’innovation biomimétique peut jouer sur deux leviers :
- augmenter la densité d’énergie utile par kg de matériau ;
- allonger la durée de vie, donc réduire le coût total de possession et l’empreinte environnementale par kWh stocké.
Micro-organismes et biocarburants de nouvelle génération
Les biocarburants de première génération ont montré leurs limites : compétition avec l’alimentation, bilan carbone contesté, impacts sur les sols. La nature a cependant d’autres cartes à jouer via les micro-algues et certains micro-organismes.
Les micro-algues, par exemple, convertissent la lumière et le CO₂ en lipides avec des rendements par hectare bien supérieurs à ceux des cultures terrestres. Plusieurs projets pilotes, en Europe notamment, exploitent ces capacités pour :
- valoriser du CO₂ industriel concentré (sortie de cimenteries, aciéries, etc.) ;
- produire des huiles pouvant être transformées en carburants aéronautiques durables (SAF) ;
- générer des coproduits à haute valeur ajoutée (cosmétiques, nutrition).
On est à la frontière entre biomimétisme et bio-industrie : l’idée n’est plus seulement de copier la nature, mais de la « programmer » finement pour répondre à un cahier des charges énergétique.
Pour les industriels fortement émetteurs, cela crée des opportunités :
- d’intégrer des boucles locales de valorisation du CO₂ ;
- de diversifier leurs revenus avec des molécules bas carbone, parfois plus rentables que leur cœur de métier ;
- de renforcer leur narratif de transition en s’appuyant sur des technologies visibles et pédagogiques.
Vers des écosystèmes industriels inspirés des écosystèmes naturels
Le biomimétisme ne s’arrête pas à l’objet ou au matériau. Il touche aussi l’organisation globale des systèmes. Un écosystème naturel :
- maximise la réutilisation des ressources (les déchets des uns sont les ressources des autres) ;
- fonctionne sans centre de contrôle unique, via des régulations distribuées ;
- maintient sa résilience par diversité d’espèces et de fonctions.
Transposé au monde industriel, cela donne :
- des parcs éco-industriels où la chaleur fatale d’une usine alimente un réseau de chaleur, où les sous-produits en alimentent d’autres (logique « symbiose industrielle ») ;
- des réseaux électriques de plus en plus distribués (microgrids, communautés énergétiques) ;
- des modèles d’affaires où plusieurs acteurs co-investissent et co-exploitent des infrastructures énergétiques partagées.
Pour les entreprises, l’enseignement clé de ce biomimétisme « systémique » est le suivant : la transition énergétique est plus efficace quand on raisonne réseau et complémentarité plutôt que site isolé et intégration verticale.
Autrement dit, s’inspirer de la nature, ce n’est pas seulement améliorer ses produits, c’est aussi repenser ses relations avec ses voisins, ses fournisseurs, ses clients, dans une logique d’écosystème.
Comment intégrer concrètement le biomimétisme dans une stratégie d’entreprise
Reste une question pragmatique : comment passer du TED talk inspirant à la feuille de route opérationnelle ? Quelques pistes issues des entreprises qui ont déjà franchi ce cap.
1. Cartographier les « points chauds » énergétiques de l’entreprise
Avant de chercher une solution « nature-inspired », il faut savoir où se concentre la valeur potentielle :
- processus les plus énergivores ;
- actifs critiques dont la performance conditionne la rentabilité ;
- zones de forte tension réglementaire ou d’image (empreinte carbone, biodiversité, etc.).
C’est sur ces nœuds qu’une approche biomimétique aura le plus de sens économique.
2. Traduire un problème technique en « fonction biologique »
Le biomimétisme efficace ne commence pas par « quel animal est cool ? », mais par « quelle fonction voulons-nous améliorer ? ». Par exemple :
- réduire les frottements (inspiration : peau de requin, ailes d’oiseaux) ;
- gérer des flux de chaleur (termite, fourmilier, mammifères polaires) ;
- optimiser une structure pour résistance et légèreté (os, bambou, coquillages).
Une fois la fonction définie, des outils comme AskNature (base de données de stratégies biologiques) ou des partenariats avec des biologistes permettent d’identifier des analogies pertinentes.
3. Prototyper tôt, tester vite
Les innovations biomimétiques sont souvent très dépendantes de la géométrie, de la micro-structure, des interfaces. On ne valide pas ce type d’idée uniquement sur PowerPoint.
Les entreprises qui avancent le plus vite :
- prototypent à petite échelle (impression 3D, maquettes fluidiques, tests en soufflerie) ;
- combinent observation du vivant et outils numériques (simulation CFD, optimisation topologique) ;
- documentent systématiquement les gains énergétiques pour justifier le passage à l’échelle.
4. Sécuriser la propriété intellectuelle… en gardant l’esprit ouvert
Le biomimétisme n’est pas un « free buffet » : des géométries, procédés ou matériaux inspirés du vivant peuvent être protégés. Inversement, baser une innovation sur un principe biologique connu n’empêche pas de créer un avantage propriétaire via l’industrialisation, la combinaison avec d’autres technologies, ou le modèle d’affaires.
L’enjeu :
- intégrer dès le départ un réflexe PI dans les projets biomimétiques ;
- ne pas sous-estimer les partenariats nécessaires (laboratoires, start-up spécialisées en design bio-inspiré, bureaux d’études) ;
- anticiper les questions réglementaires (matériaux nouveaux, impact sur la biodiversité, etc.).
Au-delà de l’effet de mode : un avantage compétitif durable
Vu de loin, le biomimétisme peut sembler être une tendance parmi d’autres dans l’arsenal « innovation + durable + storytelling ». Mais si l’on regarde comment la nature a optimisé l’usage de l’énergie et des ressources au fil du temps, on voit surtout un formidable raccourci.
Plutôt que de réinventer des solutions énergétiques à partir de modèles abstraits, il devient rationnel – d’un point de vue purement business – de s’inspirer de systèmes qui ont déjà passé l’épreuve du réel à grande échelle.
Trois questions utiles à se poser dans une direction générale ou un comité innovation :
- Sur quels actifs critiques (bâtiments, équipements, produits) pourrions-nous gagner 10–20 % d’efficacité énergétique par un meilleur design inspiré du vivant ?
- Quel serait l’impact financier si ces gains se traduisaient par moins de CAPEX (dimensionnement), moins d’OPEX (maintenance, énergie) ou une meilleure différenciation commerciale ?
- Avec quels partenaires – biologistes, designers, start-up – pouvons-nous bâtir une capacité biomimétique interne en 2 à 3 ans ?
Les réponses ne transformeront pas votre entreprise du jour au lendemain. Mais elles peuvent, très concrètement, faire la différence entre une stratégie de transition énergétique purement défensive (cocher les cases réglementaires) et une dynamique d’innovation qui crée de nouveaux avantages compétitifs – en travaillant, pour une fois, avec la nature plutôt que contre elle.