Mercedes Bionic
Un des plus grands défis automobile de ces dernières années est de réunir au sein d’un même véhicule : habitabilité et aérodynamique*. Défi perçu comme irréalisable par de nombreux scientifiques car l’augmentation du volume semblait incompatible avec aérodynamisme* selon les principes de la traînée* et de la force de traînée* jusqu’à la découverte d’une espèce de poisson : Les Ostraciidae plus communément appelés « poissons-coffre »
I. Les Ostraciidaes
La famille des Ostraciidaes (poissons-coffre) est une famille comprenant un quarantaine d'espèces répartie en 11 genres connus, par exemple les Ostracions, les Ancathostracions ou encore les Tetrosomus.
Cette famille de poissons fait partie des Tetraodontiformes (du grec tetra : quatre et odus : dents). Ce groupe est caractérisé par l’absence d’écailles imbriquées (se chevauchant) mais également par des ouvertures branchiales de petite taille, une petite bouche, des pelviennes (nageoires ventrales) absentes ou transformées en épine enkystée (immobile).
Groupement emboîté des espèces appartenant aux Tetraodontiformes
Les Ostraciidaes (du grec ostrakon : “coquille”) ont la particularité de posséder un exosquelette* très rigide composé de plaques osseuses hexagonales soudées, ce qui lui confère cette forme rectangulaire. Cet exosquelette* est relativement minimaliste : il est constitué de 4 grandes arêtes principales. Ces poissons se déplacent grâce à la nageoire caudale qui sert de gouvernail et à de petites nageoires situées de part et d’autre du poisson servant d’hélices.
Les Ostraciidae vivent en majorité dans les milieux marins en présence de récifs coralliens : par exemple l’océan Indien et Pacifique et sont qualifiés de brouteux car ils se nourrissent essentiellement d’algues et de coraux.
Dans le cas de notre étude sur le biomimétisme, c’est de l’Ostracion Cubicus dont se sont inspirés les chercheurs et ingénieurs chez Mercedes.
II. Le concept car : "Mercedes Bionic"
De nos jours, les chercheurs en automobile dirigent essentiellement leurs recherches sur la réduction de la consommation énergétique des véhicules (exprimée en L/100km) dont une quantité importante est consommée pour lutter contre la résistance aérodynamique à l’avancement. Par conséquent, ils orientent leurs recherches sur la diminution de coefficient de traînée Cx* (coefficient permettant de quantifier la résistance d’un objet dans un fluide). Par exemple, en diminuant de 15 % un Cx initialement à 0,40, un véhicule roulant à 120 km/h économise un litre de carburant aux 100 km.
C’est alors qu’en 2005 les ingénieurs de chez Mercedes se sont penchés sur ce qu’offrait la nature et ont découvert l’Ostracion Cubicus, un poisson coffre, léger, mobile, rigide et surtout ayant des capacités hydrodynamiques* impressionnantes. En effet, l'Ostracon Cubitus est capable de nager 6 fois sa taille en 1 seconde, capable de manoeuvrer très facilement et ayant une traînée exceptionnellement basse.
Ils se sont donc inspirés de la forme de l’Ostracion pour réaliser la carrosserie du nouveau véhicule. Ainsi, est née la “Mercedes-Bionic”, un monospace long de 4,84m, large de 1,82m et haut de 1,60m. Après des test réalisés en soufflerie, les scientifiques ont observé que le coefficient de traînée de ce monospace était particulièrement bas : Cx = 0,19. Afin de réduire encore plus la consommation du véhicule, les chercheurs se sont également inspiré de l’Ostracion en examinant son exosquelette* dans le but de l’appliquer au véhicule. Résultat, le véhicule a vu sa masse diminuer de 15%.
Etude de l’aérodynamisme de l'Ostracion cubicus
Graphique de l’évolution des coefficients de traînée en fonction des modèles de voiture
Comme on peut observer sur ce graphique de comparaison des coefficients de traînée Cx*, celui de la “Mercedes Bionic” est nettement inférieur aux autres.
Graphique de la consommation d’essence en fonction des modèles de voiture
Sur le graphique ci-dessus on remarque également que, globalement, la diminution du Cx rime avec diminution de la consommation (comme indiqué par la flèche rouge).
(les modèles cités dans ce graphique sont les mêmes que ceux utilisés dans le graphique du Cx ci-dessus)
Tout compte fait, on observe sur la “Mercedes Bionic” une baisse de la consommation d’essence de 20% ainsi qu’une réduction des émissions d’oxyde d’azote (NOx) de 80%.
III. Calcul du coefficient de traînée de la “Mercedes Bionic”
Calculons le coefficient de traînée de la “Mercedes Bionic” roulant à une vitesse de 50 km/h (soit environ 13,89 m/s) dans l’air. Par définition :
avec :
Cx : Coefficient de traînée*
Fx : force de traînée* en Newton N = 68,63 N
S : Surface de référence* (ici assimilée à un rectangle de longueur 1,595m et largeur 1,816m) en m² = 2,897m²
⍴ : masse volumique* du fluide en kg/m³ = 1,293 kg/m³
V² : vitesse au carré en m/s = 192,90 m/s
Ainsi, le coefficient de traînée* de la "Mercedes Bionic" est environ égal à 0,19
On peut donc en conclure que, une fois de plus, c'est dans la nature que l'Homme a trouvé LA solution à son problème : ici, allier dans un même véhicule espace (pas de réduction du maître-couple*) et aérodynamique = économies d'énergie (réduction du coefficient de traînée Cx). Et tout cela grâce à un poisson résidant dans les eaux tropicales.
Néanmoins, la "Mercedes Bionic" n'est pas la seule application s'inspirant de la nature dans le domaine de l'automobile. De plus des recherches ont été menées dans le but de réduire la consommation d'énergie des éclairages le long des routes/autoroutes, c'est alors que les chercheurs ont découvert la bioluminescence : lumière émise par les lucioles par réaction chimique.
Ostraciidaes (poissons - coffre)
Ostraciidae
Mercedes Bionic
*se conférer au lexique transport