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EMPA: Transfert de connaissances de la biologie à la technique Le frelon - un maître en matière de construction légère

Dübendorf (ots)

Sur leur banc d'exposition aux intempéries
naturelles situé sur les toits de l'Empa, des chercheurs du 
Laboratoire Bois hébergent actuellement deux essaims de frelons. Ils 
étudient les constructions légères fascinantes et la stratégie de 
thermorégulation de ces hyménoptères sociaux pour en tirer de 
nouvelles solutions techniques.
Grâce à une thermorégulation extrêmement efficace, les frelons 
peuvent maintenir la température de leur couvain au environs de 29°C 
cela jusqu'à l'arrière automne. Une combinaison de différents 
principes physiques permet à ces insectes sociaux de maintenir 
constante la température dans leur nid très léger réalisé en bois 
mâché mélangé à de la salive - un phénomène passionnant pour les 
ingénieurs en science des matériaux. Les chercheurs de l'Empa 
s'attachent à déterminer le potentiel bionique que pourrait receler 
ce phénomène; ou autrement dit s'il est possible de développer de 
nouvelles solutions techniques à partir de l'observation de ces 
performances naturelles, par exemple pour la construction de façades 
d'immeubles. Ces deux nids de frelons ont été équipés de capteurs et 
de cellules photoélectriques permettant d'enregistrer les variations 
de température et d'humidité ainsi que les entrées et les sorties 
des frelons pour procéder ensuite à l'évaluation de ces données. 
Comme tous les insectes, les frelons présentent un rapport 
masse/surface corporelle défavorable qui conduit à de fortes 
déperditions de chaleur. L'enveloppe isolante de leur nid, formée de 
nombreuses cavités remplies d'air, conserve cette chaleur à 
l'intérieur du nid pour réchauffer le couvain lorsque la température 
extérieure est basse. Par contre durant les jours de grande chaleur, 
de grandes quantités de chaleur excédentaire doivent être évacuées 
du nid pour éviter sa surchauffe. Les frelons ne peuvent pas tirer 
profit de l'inertie thermique de leur nid car celui-ci est construit 
de manière très légère afin de réduire au maximum l'énergie 
nécessaire à sa réalisation. Un fait qui vient encore compliquer le 
tout est que ce nid est continuellement agrandi jusqu'à ce que la 
population atteigne son maximum à la fin de l'automne. Pour répondre 
à ces exigences très différentes, les frelons ont recours à 
l'intégration de modes de comportement et de principes de 
construction spécifiques et surtout aussi au choix d'un matériau de 
construction approprié.
Construction exemplaire, comportement adapté et matériau de 
construction approprié.
Grâce au mode de construction de leur nid, avec des rayons 
horizontaux entourés d'une enveloppe multicellulaire, ces insectes 
sont en mesure de régler avec précision la température de leur nid 
et de réduire les déperditions thermiques des individus de l'essaim, 
cela en particulier durant les nuits froides. En cas de risque de 
surchauffe, les frelons se servent par contre du gradient de 
pression de vapeur entre l'intérieur de leur nid et son 
environnement. L'air intérieur du nid est plus humide et plus chaud 
et renferme ainsi davantage d'énergie par unité de masse que l'air 
extérieur. Lorsque la surchauffe menace, les frelons se placent à 
l'entrée de leur nid et utilisent leurs ailes comme ventilateur pour 
augmenter le taux de renouvellement d'air et extraire de l'énergie 
de l'intérieur du nid.
Le matériau à base de bois de ces nids est de plus hygroscopique, ou 
autrement dit il est capable d'absorber de l'eau. La nuit il absorbe 
l'humidité et cède à l'air intérieur du nid la chaleur de 
condensation ainsi dégagée; durant le jour il cède à nouveau cette 
humidité par évaporation entraînant ainsi un rafraîchissement. En 
provoquant un apport volontaire d'humidité ou en augmentant la 
ventilation, les frelons sont en mesure d'accroître encore cet 
effet.
Un modèle d'enveloppes de bâtiments ventilées et d'amortisseurs 
passifs pour l'amélioration du climat intérieur des bâtiments
Les résultats de ce projet de l'Empa réalisé avec le soutien 
financier du Fond national suisse sont aussi utilisés par Raoul 
Klingner dans son travail de doctorat commun entre l'Empa et 
l'Institut für Hochbautechnik de l'EPFZ. Ce projet et cette thèse 
ont pour but de parvenir à une meilleure compréhension du 
comportement thermodynamique de ces ouvrages naturels en bois. Il 
est tout à fait pensable que les résultats de ces travaux débouchent 
sur une application de ces mécanismes efficaces dans la construction 
en bois. Il est possible d'imaginer ici une adaptation de ces 
principes pour la réalisation d'enveloppes de bâtiment multicouches 
ventilables ou encore pour l'utilisation du potentiel hygroscopique 
du bois comme amortisseur passif des variations indésirables du 
climat intérieur des bâtiments.
Contact Raoul Klingner, Laboratoire Bois, tél. +41 44 823 46 60, 
e-mail:  raoul.klingner@empa.ch Dr Klaus Richter, Laboratoire Bois, 
Tél. +41 44 823 41 15, e-mail:  klaus.richter@empa.ch Rédaction 
Martina Peter, Section Communication/Marketing, tél. + 41 44 823 49 
87,  martina.peter@empa.ch Les illustrations et le texte peuvent être 
obtenus sous forme digitale auprès de  martina.peter@empa.ch.

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