Résumé et conclusion générale
Ce qu'il faut retenir de notre TPE
À travers notre TPE, nous avons répondu à la problématique suivante : “Dans quelles mesures les énergies renouvelables peuvent-elles être améliorées par les recherches sur les organismes marins ?”
Nous avons dans un premier temps étudié les différentes formes d'énergies renouvelables, dans un second temps nous avons étudié le comportement des animaux qui nous permettaient d’améliorer ces énergies et finalement, nous avons prouvé que les éoliennes ayant des pales en forme de nageoires de baleines à bosses étaient plus productive que les éoliennes classiques.
Les énergies renouvelables
Nous savons qu’il existe différentes formes d’énergies renouvelables comme les panneaux solaires, les éoliennes ou systèmes captant l’énergie marémotrice. De nos jours, les éoliennes et les panneaux solaires sont les deux formes d’énergies renouvelables les plus utilisées.
Les éoliennes de nos jours sont déjà efficaces pour la production d’énergie, mais elles coûtent encore trop chères. En effet, de nombreux pays utilisent encore de centrales nucléaires et ne voient pas la nécessité de changer de moyen de production d’énergie puisque les éoliennes coûtent plus chères et utilisent plus d’espace que une centrale nucléaire pour produire la même quantité d’énergie. Les scientifiques imaginent donc de nouvelles éoliennes capables d’être plus productive et moins chères. L’université de Duke aux États-Unis a fait une découverte capitale, puisque les scientifiques ont découvert qu’une éolienne aillant ses pâles en forme de nageoire de baleine à bosse produirait en moyenne 20% plus d’énergie qu’une éolienne “classique”avec la même quantité de vent. Dans le cadre de notre TPE, nous avons démontré grâce à nos expériences que ces nouvelles éoliennes dentées produisait bien entre 15% et 20% d’énergie en plus que les éoliennes d’aujourd’hui avec la même quantité de vent. L’énergie renouvelable du futur repose donc en partie sur le biomimétisme et sur l’inspiration des êtres vivants, afin d’améliorer les technologies actuelles.
L'hydrodynamisme
Après avoir étudié les énergies renouvelables, nous nous sommes intéressés à l'hydrodynamisme. Cette étude du mouvement des fluides et des corps dans un liquide est liée à l'aérodynamisme donc nous avons utilisé ces deux éléments pour comprendre comment les éoliennes et l’hydrodynamisme des baleines étaient liés. Grâces aux études de l’hydrodynamisme, nous pouvons calculer la résistance d’un corps dans un liquide dépendant de la viscosité du liquide, la longueur du corps, la masse volumique, la rugosité du matériel, pression et d’autres facteurs. La baleine à bosse,, est un mammifère de l’ordre des cétacés et que nous avons principalement étudié pendant notre TPE. Cet animal à une spécialité qui fais que des chercheurs se sont inspiré de lui pour optimiser la production d'électricité d’une éolienne. Les nageoires de ces baleines sont munies de tubercules qui facilitent le glissement de l’eau et réduisent la résistance sous l’eau. Elles ont donc un avantage comparé aux autres baleines qui ont des nageoires normales. La portée de la baleine à bosse est réduite de 8% et sa trainée corporelle est réduite de 32%.
L’hydrodynamisme des animaux marins a aussi inspiré d’autres chercheurs afin de créer des d’autres moyens de production d’énergie renouvelable. Nous avons étudié deux exemples : le BioWave et BioStream. Le BioStream est inspiré de la queue du thon et de son hydrodynamisme qui lui permet de mieux capter les courants d’eau en profondeur. Le BioWave est inspiré non pas d’un animal mais des algues Kelp. Elles bougent en fonction des courants de la mer et créent de l’énergie. Finalement,le requin et son hydrodynamisme on également inspiré les chercheurs puisqu’il possède une peau très spéciale. En effet, la peau du requin est composée de nombreuses petites écailles, qui lui permettent une meilleure agilité dans l’eau. Cette forme de peau à inspiré le FastSkin, une combinaison pour les nageurs de haut niveau. Ces quatre exemples nous montrent que les humains s’inspirent des animaux afin d’améliorer leurs technologies, et notamment les technologies concernant les énergies renouvelables.
Les forces physiques
Afin de réaliser nos expériences, nous avons étudié certaines forces physiques aérodynamiques et hydrodynamiques, ainsi que leurs conséquences. Les deux forces principalement étudiées furent celle de la portance et de la traînée. Ces forces, s’appliquant aux corps dans l’air ainsi que dans l’eau, nous ont permis de comprendre et d'étudier le principe de certains systèmes d’énergie renouvelables. Ces forces ont un lien direct avec nos expériences et notre TPE. Les tubercules de la baleine à bosse, ou encore les tentacules cutanées du requin, permettent de modifier l’amplitude de la force de trainée, afin de permettre une meilleure agilité et minimiser les pertes d'énergies pour ces animaux marins. De plus, la morphologie des nageoires de la baleine à bosse lui permet d’augmenter son coefficient de portée, lui permettant de flotter plus aisément et de manoeuvrer plus facilement.
Nos expériences
Nos expériences
Afin de voir si les propriétés morphologiques de la baleine à bosse pouvaient s'appliquer aux éoliennes et aux énergies renouvelables, nous avons pris la décision de construire nos propres éoliennes.
Les deux maquette faisaient la même taille, cependant une avait les mêmes tubercules que la nageoire d’une baleine à bosse, alors que l’autre était “classique”. Nous voulions construire nos maquettes en plastique mais cela n’a pas marché et nous avons finalement décidé de les construirent en bois. Ces dernières, étant alimentées par l'énergie éolienne d’un sèche cheveux, furent attachée à un alternateur, lui même relié au logiciel “PASCO Capstone”. Ceci nous a donc permis de relever l'intensité de l’énergie produite par nos deux éoliennes, et d’en faire une comparaison. Grâce à nos comparaisons et à nos mesures, nous en avons conclus que l'éolienne inspirée des nageoires de la baleine à bosse produisait en moyenne 18% d’énergie en plus que l’éolienne “classique”, avec la même quantité de vent. Notre hypothèse de départ, qui disait que la morphologie des nageoire de la baleine a bosse, pouvait s’appliquer aux systèmes d'énergies renouvelables, est donc vérifiée.
Conclusion générale
En conclusion, nous avons vu grâce à notre TPE que les recherches sur le comportement des animaux marins, et sur leur hydrodynamisme permettent à l’humain d’améliorer ses technologies, et notamment les technologies concernant les énergies renouvelables. Dans notre cas, nous avons vus que les tubercules présentent sur les nageoires de la baleine à bosse ont permis aux scientifiques d’imaginer des éoliennes plus productives en énergie, puisqu’elles sont en moyenne 20% plus productives que les éoliennes classiques. Grâce à nos expériences, nous avons réussi à prouver cette hypothèse, et cela nous confirme donc bien l’efficacité de la nouvelle forme des éoliennes. Au delà de la balein à bosse, nous avons vu que d’autres organismes marins permettent de faire avancer la technologie et les énergies renouvelables, comme par exemple les algues Kelp avec la technologie du Biowave. On peut donc en conclure que le biomimétisme sur l’hydrodynamisme des organismes marins a donc permis l’innovation de nouveaux systèmes, en plus de l'amélioration de systèmes pré-existants. Les recherches sur les organismes marins s’appliquent donc bien aux énergies renouvelables et permettent de les améliorées. La biodiversité marine est donc une source d'inspiration permettant de créer un futur durable pour notre planète.
