Six systèmes de climatisation inspirés de la nature

Six systèmes de climatisation inspirés de la nature

Avec les vagues de chaleur qui ne manquerons pas de s’abattre sur nous cet été, les ventes de climatiseurs et autres ventilateurs vont exploser. Mais voila, les climatiseurs sont de grands consommateurs d’énergie. C’est pourquoi je vous propose une petite revue de six systèmes de climatisation qui résolvent ou diminuent ce problème en imitant les stratégies développées dans la Nature.

Janine Benyus, biologiste, consultante en innovation, et auteur du livre Biomimétisme : Quand la nature inspire des innovations durables, a déclaré qu’ “Avec le biomimétisme, nous sommes en mesure d’appliquer des idées novatrices aux procédés de fabrication traditionnelle, de défaire les erreurs toxiques et consommatrices d’énergie du passé. J’aurais souhaité que nous fussions présent autour des tables de décision au moment de la première révolution industrielle.”

Certains concepteurs ont décidé d’appliqué les principes du biomimétisme à la conception de systèmes de climatisation et de ventilation.

Voici six systèmes de climatisation inspirés de la nature :

1. Ventilation Inspiré par les termites

Peut-être l’exemple le plus célèbre du biomimétisme quand il s’agit de chauffage et de refroidissement, la ventilation inspirée par les termites. Il y a quelques années, les scientifiques ont observé que les grandes termitières en Afrique restent relativement fraiches à l’intérieur, même sous une chaleur torride. Les insectes accomplissent cet exploit avec un astucieux système de poches d’air qui entraînent une ventilation naturelle par convection.

L’architecte Mick Pearce et la firme d’ingénierie Arup ont emprunté cette idée pour inclure au Centre Eastgate, un grand centre commercial et de bureaux au Zimbabwe, un système de refroidissement par l’air extérieur sur le principe des termitières. Le système économise 90% d’énergie par rapport à une climatisation conventionnelle.

2. Échangeur de chaleur inspiré des oiseaux

Les canards et les pingouins qui vivent dans des climats très froids se sont adapter de manière remarquable grâce à une innovation qui les aide à survivre aux éléments. Le sang chaud des artères venant du cœur qui coule dans leur pattes vers les pieds échange sa chaleur avec le sang froid des veines qui revient des pieds. Cela signifie que le sang qui coule dans les pieds est relativement froid. Ceci permet de garder les pieds avec juste assez de sang pour fournir les tissus en nourriture et en oxygène, et juste assez chaud pour éviter les engelures. En limitant la différence de température entre celle des pieds et celle de la glace, la perte de chaleur est considérablement réduite (celle-ci dépend de la différence de température). Les scientifiques ont calculé que les colverts perdent seulement 5% de la chaleur de leur corps par les pieds à 0°C.
Certains échangeurs de chaleur tubulaires industriels utilisent le même principe d’écoulement pour maximiser leur efficacité.

3. Absorbeur d’humidité Inspiré par les tiques

La capacité d’absorber la vapeur d’eau de l’atmosphère permet aux tiques de survivre sans boire d’eau potable pendant plusieurs mois. Tout d’abord, il utilise sa paire avant de pattes pour détecter les micro-régions à forte humidité, comme celles environnant des gouttelettes d’eau. Une fois qu’une source d’eau convenable est détectée, la tique sécrète avec sa bouche une solution hydrophile. Une fois le liquide saturé en humidité, la tique tire cette sécrétion de nouveau dans sa bouche.
Lorsque l’humidité ambiante est basse, la solution sèche et laisse une substance cristalline derrière elle. Lorsque l’humidité augmente, la substance cristalline hydrophile absorbe l’humidité et se dissout. Elle est alors avalé dans le corps de la tique. L’adaptation permet aux tiques d’absorber la vapeur d’eau à partir de 43% d’humidité relative de l’air. Les acariens et les arachnides vivant dans le sol utilisent un mécanisme similaire d’absorption de la vapeur d’eau.
Les systèmes de dés-humidification par adsorption liquide utilisent du chlorure de lithium pour absorber l’excès d’humidité de l’air frais pompé de extérieure des bâtiments. La technique d’absorption des tiques est décrite sur le site web “Ask Nature” du Biomimicry-Institute.

4. Ventilateurs efficaces Inspiré par les tornades et les tourbillons

Une compagnie appelée PAX Scientific (slogan: Capturer la Force de la nature) commercialise des ventilateurs dont la forme des pales est basée sur la forme en spirales logarithmiques que l’on trouve dans les phénomènes tels que les tornades, les tourbillons, et même les flux d’air dans la trachée humaine. La société affirme que les ventilateurs génèrent moins de turbulences et de bruits, consomment moins d’énergie et sont plus efficaces pour le refroidissement que les produits classiques. Cette compagnie est aussi connue pour ses mélangeurs rotatifs et statiques pour le marché industriel, notamment celui du pétrole, des produits pharmaceutiques et de l’industrie des boissons, qui sont inspirés de la fleur de lys ou du nautile.

5. Ventilateurs efficaces inspiré par les nageoires de baleine

Une start-up appelé WhalePower développe des pales de ventilateur qui produisent de plus grands déplacements d’air grâce aux cannelures présente sur les nageoires des baleine à bosse. WhalePower prétend que ses ventilateurs déplacent 25% plus d’air que les ventilateurs conventionnels tout en utilisant 20% moins d’énergie. La société travaille également sur des pales de turbines d’éoliennes plus puissantes.

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6. Ventilateur à pales unique inspirées des graines d’érable

L’entreprise Sycamore Technology produit un ventilateur de plafond à pales moulées en plastiques avec un design inspiré par la forme des graines (samares) de l’érable sycomore.
L’équilibre entre le poids de la graine et la longueur de l’aile unique est adaptée avec précision, ce qui permet aux graines de tourner automatiquement sans à-coup pendant la chute libre. Le profil aérodynamique des pales s’en inspire et fournit un débit d’air élevé pour le refroidissement avec de faibles turbulences et un bruit d’air minimal tout en fonctionnant à faible vitesse de l’ordre de 80 à 160 tours par minutes.
Cet aérodynamisme des pales et la faible vitesse d’exploitation rendent ce ventilateur de plafond très économe en énergie en comparaison avec les pales des ventilateur plats classiques qui nécessitent des vitesses de fonctionnement élevées (typiquement 80-220 tpm) créant de fortes turbulences et du bruit.

Mise à jour du 12/08/2013, voici un septième système:

7. Des fenêtres rafraichies par circulation d’eau à travers des micro canaux.

Le procédé s’inspire du fonctionnement du système circulatoire de l’être humain. Ce réseau biomimétique se présente comme un film transparent qui se colle sur les vitres et qui contient de minuscules canaux à travers lesquels de l’eau circule. “L’eau arrive à une température basse, passe sur une fenêtre chaude, et la débarrasse de son énergie thermique,” a expliqué Benjamin Hatton, chercheur à Harvard. Ce dernier a ajouté que cette technique pourrait, par ailleurs, accroître l’efficacité des panneaux solaires.

Si vous connaissez d’autres exemples de systèmes de refroidissement inspirés de la nature n’hésitez pas à me le faire savoir en laissant un commentaire ci-dessous.