Epiaire laineux - Quand le vivant inspire la technologie

EPIAIRE LAINEUX

 

Auteurs : Katia Allegraud, Mathieu Farina

Résumé : Ce module sur le thème du biomimétisme mêle sciences du vivant, sciences physiques et techonologie. Destiné à la fin du cycle 4, il permet d'illustrer la complémentarité entre des connaissances issues de différents champs disciplinaires.

Mots-clés : DEFI TECHNOLOGIQUE, INNOVATION, BIOMIMETISME, CONCEPTION, PROTOCOLES DE MESURE, HYDROPHOBIE

Disciplines : SVT – Technologie – Physique-chimie (optionnel)

Contenus : Les équipes de recherche et développement des entreprises conçoivent sans cesse des innovations technologiques qui s’appuient sur des contenus scientifiques solides. Pour trouver de nouvelles inspirations, les ingénieurs peuvent puiser des idées originales en observant le monde vivant : on parle de biomimétisme. Nous guidons ici les élèves dans une telle démarche d’innovation technologique inspirée par le vivant. Le projet s’ancre dans une problématique en lien avec le développement durable (gestion de la ressource « Eau ») et montre comment l’étude du vivant (ici des feuilles d’épiaires) peut être à l’origine d’innovations technologiques qui répondent à des problématiques de société (ici, rendre la surface d’un condenseur plus hydrophobe pour optimiser la récupération d’eau,).

Notions et compétences transversales : Dans ce module, les élèves se sensibilisent aux liens forts existant entre la science et le fonctionnement des sociétés. C’est pour répondre à une problématique de société (gestion de la ressource en eau) que l’innovation technologique est ici recherchée.

Déroulé global :

  1. Le professeur de SVT présente le défi technologique. Une entreprise innovante cherche un moyen pour améliorer l’accès à l’eau dans les zones arides des pays en voie de développement. S’inspirant du scarabée du désert, un insecte capable de collecter la rosée du matin et de la boire après condensation, les ingénieurs de l’entreprise décident de concevoir un dispositif similaire (nommé condenseur) car les zones qu’ils étudient sont propices à la formation de rosée. Très vite, ils se heurtent à une contrainte dans l’élaboration de leur prototype : une partie des gouttes d’eau formées s’étale sur le condenseur et ne s’écoule pas correctement. Ces gouttes d'eau s’évaporent ensuite et sont perdues pour le dispositif de récupération.
  2. Les élèves vont jouer le rôle de ces ingénieurs qui doivent trouver une solution pratique à ce problème. Pour rechercher une solution, ils vont suivre la même approche que celle utilisée pour proposer l’idée initiale : ils vont chercher à s’inspirer du vivant pour concevoir une idée originale (biomimétisme).
  3. En SVT, les élèves étudient donc d’abord des organismes vivants présentant des structures particulièrement hydrophobes, sur lesquelles l’eau glisse sans s’étaler. Parmi ces structures, on évoquera les plumes du canard ou certaines feuilles comme celles de l’épiaire laineux. L’objectif est donc de mettre en évidence, par des observations, les caractéristiques qui confèrent à ces tissus un caractère super-hydrophobe. A l’aide de la loupe binoculaire, les élèves pourront mettre en évidence le rôle des poils dans la feuille d’épiaire laineux, qui est à l’origine d’un « effet Fakir », c’est-à-dire que la goutte d’eau glisse sur les poils sans pénétrer à l’intérieur du duvet et ainsi, diminue sa surface de contact avec l’épiderme foliaire. Un tel effet est obtenu quand la surface présente une microstructure (ici, le duvet de poils assez dense) et une surface hydrophobe. Tout au long de cette séquence, les élèves sont confrontés à la nécessité d’élaborer des protocoles de mesures objectifs pour évaluer le caractère hydrophobe des différents tissus qui leur sont proposés (et ne pas se contenter d’une évaluation intuitive de ce caractère). (SÉQUENCE 1 : LE VIVANT AU SEC)
  4. Accompagnés par le professeur de Technologie, les élèves exploitent les éléments acquis lors de la première séance, aussi bien en termes de savoirs (notion d’hydrophobicité, éléments à l’origine du caractère hydrophobe…) que de savoir-faire (mise en place de protocoles de mesures objectifs). Les élèves disposent de matériel qu’ils doivent utiliser pour concevoir et améliorer des prototypes de surface pour le condenseur. Ils doivent évaluer leur production à l’aide de protocoles qui permettent de comparer de façon objective les prototypes obtenus par les différents groupes. Ce faisant, ils simuleront le travail des ingénieurs d’une équipe de recherche et développement d’une entreprise cherchant à concevoir et élaborer des nouveaux dispositifs. (SÉQUENCE 2 : INNOVATION TECHNOLOGIQUE)

Durée du projet : 5-6 séquences de 55 minutes

Partenaires du projet

Fondation La main à la pâte