Cet article fait partie des 112 cas de l’économie bleue.

Cet article fait partie d’une liste de 112 innovations qui façonnent l’économie bleue. Il s’inscrit dans le cadre d’un vaste effort de Gunter Pauli pour stimuler l’esprit d’entreprise, la compétitivité et l’emploi dans les logiciels libres. Pour plus d’informations sur l’origine de ZERI.

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Cas 24 : Eliminer le frottement

Mar 1, 2013 | 100 Innovations, Energie

Le marché

Les estimations indiquent qu’un tiers de toute l’énergie dépensée dans le monde est utilisé pour surmonter la friction. Le coût du frottement basé sur le remplacement précoce des pièces et l’augmentation de la consommation de carburant atteint environ 250 milliards de dollars à l’échelle mondiale. La nécessité de lutter contre les frictions passe des garages et des magasins au positionnement stratégique des multinationales. À l’heure actuelle, il existe trois grandes plates-formes technologiques pour les entreprises afin de réduire les frictions. Premièrement, il existe un marché de la lubrification de 40 milliards de dollars qui fournit des huiles techniques pour réduire la friction. Ensuite, il y a un marché des roulements à billes et à rouleaux de 65 milliards de dollars qui devrait croître de 8,5 % par année jusqu’en 2014. Enfin, la friction est réduite par l’application de diamant industriel, qu’il soit naturel ou synthétique. Ça vaut encore 10 milliards de dollars. Les roulements à billes sont utilisés lorsque la vitesse est importante, un roulement à rouleaux est utilisé lorsque la charge est importante. Les roulements à billes et à rouleaux sont utilisés dans toutes les industries : transport (automobile, ferroviaire, aérien), énergie électrique (hydraulique, charbon, éolien), textile, mines, équipements sportifs, climatisation, agro-alimentaire et même industries de précision. La croissance mondiale de l’énergie éolienne, basée sur les turbines, stimule la demande de roulements à billes spéciaux. SKF contrôle environ 20 % du marché mondial. Schäffler est le concurrent allemand contrôlé par la famille. La miniaturisation d’une large gamme d’appareils augmente la demande de roulements à billes minuscules d’un diamètre extérieur inférieur à 22 millimètres. Minebea Co. Ltd. du Japon est le plus grand producteur mondial de roulements à billes les plus petits du monde.

L’innovation

La recherche d’une réduction des frictions est une entreprise séculaire et les entreprises sont de plus en plus créatives. Mercedes-Benz a modélisé un concept-car basé sur la bionique glissant dans le vent avec l’aérodynamisme d’un poisson. Selon le Georgia Institute of Technology d’Atlanta (États-Unis), la rationalisation de la conception des camions pour réduire la friction pourrait réduire la traînée de 12 %, ce qui permettrait d’économiser 1,2 milliard de gallons de carburant par an en Amérique. L’industrie automobile est sous pression pour construire de meilleurs moteurs, qui sont beaucoup plus économes en carburant car ils génèrent une meilleure combustion, mais plus difficiles à lubrifier. Des sphères nanométriques appelées fullerènes peuvent maintenant être mélangées à de l’huile moteur ordinaire pour créer un film ultra-mince à l’intérieur du moteur, d’une épaisseur de quelques microns seulement pour réduire la friction jusqu’à 50 %. Avec des prix du pétrole avoisinant les 80 dollars le baril et qui vont certainement augmenter dans les années à venir, les chercheurs conçoivent des roulements hybrides qui ne s’assèchent jamais et qui ne cessent donc jamais de rouler faute d’agents lubrifiants. Ces roulements ne sont pas faits d’acier, mais de matériaux de conception tels que la céramique en nitrure de silicium, un alliage de graphite autolubrifiant. On s’attend à ce que les roulements métalliques soient un jour remplacés par des roulements céramiques qui souffrent moins de corrosion. Ingo Rechenberg, ingénieur aéronautique de l’Université technique de Berlin (Allemagne) et de l’Université de Cambridge (Royaume-Uni), est passionné par l’optimisation des systèmes techniques basés sur l’observation de l’évolution biologique. Sa recherche d’hydrogène l’a amené au Sahara, dans le sud du Maroc, où il a étudié les bactéries productrices d’hydrogène. Par coïncidence, il a observé comment le sébaste du Sahara, un lézard, nage avec le moins de friction et le moins d’abrasion possible dans les dunes de sable. Il a découvert que ce reptile crée des nano-épissues et des crêtes sur ses écailles pour réduire la friction et l’usure de la surface. Le sébaste parcourt environ un kilomètre tous les matins, il est donc éraflé en permanence par le sable. Lorsque le lézard plonge dans la dune, sa surface cutanée reste lisse et brillante. Selon le Dr Rechenberg, expert en biologie de l’évolution, l’économie d’énergie est la tâche principale des systèmes biologiques. Lui et son équipe ont mesuré la friction de la peau et l’abrasion et ont conclu que l’acier cylindrique a 58 % plus de friction que le sébaste. Alors que le sable provoque l’abrasion avec l’acier et le verre, la peau du lézard n’a montré aucun dommage dans des conditions comparables. Son équipe a étudié toutes les options scientifiques et l’une des hypothèses de travail est que la pointe des crêtes de la peau, qui contient du silicium pourrait fonctionner comme un émetteur d’électrons. Peut-être que le sébaste fonctionne comme deux aimants chargés négativement : ils se repoussent l’un l’autre. Ainsi, le sébaste a peut-être inventé la lévitation magnétique bien avant que les ingénieurs allemands et japonais ne la conçoivent comme un nouveau mode de transport ferroviaire à faible friction. Il s’agit d’une conception intelligente de l’écosystème du Sahara, qui est chargé négativement, et du sébaste qui semble avoir trouvé une solution pour prospérer dans son habitat.

Le premier flux de trésorerie

Les travaux du Dr Rechenberg en sont encore à la phase initiale de découverte. Cependant, il fournit des informations intrigantes qui pourraient être extrêmement intéressantes pour les systèmes micro-électromécaniques (MEMS). Il s’agit de l’intégration d’éléments mécaniques, de capteurs et d’électronique. Le dispositif de sécurité appelé airbag est contrôlé par un MEMS. Un capteur note le choc, la micro-électronique traite l’information avec une capacité de prise de décision et le dispositif mécanique libère de l’air pour protéger les passagers. Ces systèmes minuscules impliquent très peu de pièces mobiles en raison de l’usure due au frottement élevé de ces systèmes à base de silicium. Le sébaste a résolu le problème en utilisant des glycoprotéines et des glucides, et un peu de silicium. Nous appellerions cette chimie comestible, une alternative bienvenue à la chimie rude, à la température et à la pression élevées des procédés qui dominent le monde des revêtements, des lubrifiants, des diamants synthétiques et des roulements à billes.

L’opportunité

L’innovation n’est pas prête pour une commercialisation de masse. Cependant, les voies identifiées constituent une base solide pour les entrepreneurs prêts à s’engager dans un projet à long terme, développant une technologie de plate-forme innovante qui pourrait imprégner presque tous les secteurs de l’économie mondiale. Tout comme les roulements à billes et les lubrifiants sont devenus une entreprise de 100 milliards de dollars en un siècle, ceux qui ont la prévoyance de se concentrer sur les innovations basées sur les lois de la physique et de la biochimie pour économiser des milliards d’énergie, vont construire une plate-forme commerciale compétitive dans les décennies à venir. Le lézard sébaste et sa façon intelligente de se déplacer dans le sable peut aussi changer à jamais notre perspective sur la valeur du Sahara.

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