L’éclair de génie, celui qui traverse l’esprit du scientifique pour le transformer en génialissime inventeur, frappe vraiment à des moments étonnants: au détour d’un pommier, dans notre bain, … Et voilà que c’est au tour d’Aidan Dwyer, collégien New-yorkais de 13 ans, d’être frappé de génie lors d’une randonnée dans les forêts des Montagnes Catskill (Etats-Unis).

Alors que le jeune prodige observait Dame Nature dans sa plus belle robe, celui-ci remarqua un schéma dans la disposition des branches et feuilles de Chênes (Quercus sp. L., 1753)qui l’entouraient. En s’y intéressant d’un peu plus près, il détermina (tout comme le naturaliste Charles Bonnet l’avait fait en 1754) que ce schéma n’est autre que la Suite de Fibonacci, la célèbre suite mathématique dont un chiffre est la somme de ses deux précédents (1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,…). Cette suite est assez connue chez les naturalistes car elle renvoie au nombre d’or (1.618), aussi appelé « divine proportion », que l’on retrouve vraiment partout dans la Nature.

Dessin de Aidan décrivant le schéma de disposition des branches.

Il se demanda alors pourquoi un arbre suivait un modèle mathématique ? Pour la simple raison qu’un arbre dispose ses feuilles pour augmenter sa capacité photosynthétique (i.e. capacité à capter la lumière par les feuilles et en transformer l’énergie pour créer de la matière organique) et que le schéma optimal des angles de disposition des [branches/feuilles] par rapport [au tronc de l'arbre/à la branche], semble être proche de cette suite de Fibonacci.

La feuille capte la lumière essentielle à la synthèse de matière organique, et "transpire" de l'eau pour faire circuler la sève.

C’est alors que lui vint l’idée de génie, qui se trouve être un parfait exemple de biomimétisme: recréer un modèle synthétique de Chêne au plus précis et comparer sa capacité d’absorption aux panneaux solaires typiques de toitures. Pour cela, il détermina tout d’abord les ratios des angles de dispositions des branches/feuilles sur plusieurs arbres à partir d’un appareil de mesure de sa confection, pour en tirer un schéma général. Puis il utilisa un programme informatique pour transformer son schéma mathématique en une structure arborescente en 3D, et la reproduisit à partir de tubes PVC et de cellules solaires. En parallèle, il construisit son modèle témoin de panneau solaire domestique, monté à 45 degrés.

Les deux modèles d'expérimentation: l'arbre et le panneau solaires.

Pour ceux qui veulent voir dans les détails la méthodologie de son expérience, jetez un oeil sur sa publication (par contre attention chers amis scientifiques, les schémas sont très…collégiens). Et pour ceux qui veulent directement les résultats: le modèle d’arbre solaire s’est montré être le modèle le plus efficace, avec en moyenne une exposition plus longue au Soleil de 2h30, soit un gain d’électricité de 20%/jour (!). Mais la différence est la plus forte lors des expositions solaires de Décembre, où le design de l’arbre solaire a donné une durée d’exposition et un gain d’électricité augmenté de 50%/jour par rapport au modèle du panneau domestique.

Maintenant, Aidan étudie d’autres espèces d’arbres pour essayer d’améliorer son modèle. Et il n’a bien sur pas oublié de déposer le brevet de son arbre solaire, qui lui a d’ailleurs permis d’obtenir le prestigieux Young Naturalist Award 2011 de l’American Museum of Natural History.

Le jeune Aidan en pleine mesure des ratios des angles de disposition d'une branche.

Nul doute que l’expérience d’Aidan Dwyer va intéresser plus d’un exploitant solaire, et que ce jeune scientifique va rapidement trouver les financements pour faire passer ses expériences à un niveau supérieur. Espérons que cette découverte donnera un coup de boost au développement des énergies solaires dans notre quotidien. J’imagine très bien son concept d’arbre appliqué dans nos jardins, après un coup de redesign pour donner lui une impression plus naturelle. Ou bien le long des routes pour créer en masse des stations de recharges pour voitures électriques et dire adieu au pétrole… mais je crois que je rêve là non ?

Source: Popular Science

Articles liés:

1. Les japonais inventent le spray photovoltaïque !
2. Lorsque les virus aident le photovoltaïque
3. 1er-7 Avril: Semaine du développement durable
4. La tête dans la lune
5. La plus forte éruption solaire depuis 7 ans devrait avoir lieu aujourd’hui