Si le réchauffement climatique provoque des inondations catastrophiques qui inondent la plupart des zones urbaines côtières du monde d’ici la fin du siècle, comment ferons-nous face ? La réponse de Jun Kamei, concepteur en biomimétisme et spécialiste des matériaux au Royal College of Art, est Amphibio – une sorte de gilet léger imprimé en 3D à partir d’un polymère qui agit à la fois comme une branchie artificielle et un réservoir respiratoire qui permettra aux gens de traîner dans les mégapoles submergées.
Conçu en collaboration avec le RCA-IIS Tokyo Design Lab, Amphibio est la solution de Kamei à un avenir projeté en 2100, lorsque le réchauffement climatique aura fait fondre les calottes glaciaires et que la montée des océans aura affecté 30 % de la population mondiale. La réaction intuitive face à une telle catastrophe pourrait être de se déplacer vers l’intérieur des terres, mais Kamei pense qu’une meilleure idée serait d’adopter un mode de vie semi-aquatique en utilisant quelque chose comme la branchie artificielle Amphibio.
En phase de conception, Amphibio est une branchie artificielle biomimétique qui se base sur les araignées et les insectes plongeurs qui ont une surface de peau superhydrophobe qui leur permet de rassembler une bulle d’air autour de leur corps. Ces bulles agissent comme des branchies qui laissent entrer l’oxygène dissous dans l’eau environnante et rejettent le dioxyde de carbone.
Amphibio utilise le même principe avec un matériau hydrophobe poreux spécial et non spécifié, adapté à l’impression 3D, pour créer une sorte de gilet festonné composé d’une série de vessies d’air qui alimentent un masque qui couvre le nez et la bouche. Kamei décrit Amphibio comme étant le point intermédiaire entre la plongée libre et la plongée sous-marine qui permet aux plongeurs de rester sous l’eau plus longtemps en utilisant un équipement plus léger.
Pour l’instant, Kamei a effectué des tests en laboratoire avec une vessie d’essai remplie de dioxyde de carbone et suspendue dans un réservoir pour démontrer sa capacité à absorber l’oxygène. Il admet toutefois que la conception a encore beaucoup de chemin à faire, citant le fait que la surface est trop petite et doit être d’au moins 32 m² (344 pi²) pour recueillir suffisamment d’oxygène pour une personne.
Bien que Kamei reconnaisse le côté technique d’Amphibio, la technologie est très loin d’être réalisable, et encore moins pratique. L’idée d’une branchie artificielle est courante depuis que le commandant Jacques Cousteau, pionnier de la plongée sous-marine, a déclaré en 1962 que l’avenir de l’exploration des mers était la création de « poissons-hommes » qui respireraient de l’eau. Le problème est qu’il y a un très grand écart entre l’idée et la réalité.
Depuis les premières expériences utilisant des membranes plastiques semi-perméables pour extraire l’oxygène de l’eau, les obstacles pour rendre l’idée pratique se sont rapidement accumulés. Au début, la technologie semblait gagnante car les chercheurs mettaient des hamsters dans des boîtes à membrane immergées dans des aquariums, mais fabriquer quelque chose qui fait ce que fait une branchie de poisson est beaucoup plus difficile.
Si vous regardez une liste de la vie marine, vous remarquerez qu’aucun des mammifères marins n’a de branchies. Il y a un certain nombre de raisons à cela, mais l’une des plus importantes est que les mammifères ont des métabolismes très élevés qui nécessitent beaucoup d’oxygène pour les soutenir. Si vous prenez un litre (34 oz) d’air, il contient 200 ml (6,76 oz) d’oxygène. Mais si vous avez de l’eau, cela ne représente que 5 à 10 ml (0,17 à 0,34 oz) d’oxygène par litre. Cela convient aux poissons à sang froid, mais une branchie artificielle portée par une personne doit traiter 10 à 20 fois plus d’eau en volume que d’air, soit 100 litres (26,5 gal) par minute à 100 % d’efficacité pour maintenir le plongeur en vie.
Cela signifie qu’un certain nombre de choses sont nécessaires. D’une part, cela signifie une très grande surface comparable aux 50 à 75 m² (540 à 810 pi²) des poumons humains et cela signifie aussi beaucoup de débit d’eau. C’est pourquoi les premières conceptions de branchies artificielles comportaient des membranes fortement ondulées, fourrées dans de grands sacs à dos avec des batteries, des réservoirs d’air de recharge et des impulseurs massifs pour pousser l’eau à travers le dispositif.
Ce n’est pas là que les problèmes s’arrêtent. Si l’oxygène et le dioxyde de carbone peuvent passer à travers un matériau de branchies artificielles, il en va de même pour les gaz neutres. Si la branchie peut capter l’oxygène de l’eau, elle ne peut pas capter l’azote, de sorte que l’azote des poumons du plongeur, qui représente 78 %, s’échappera rapidement, les tuyaux s’effondreront et le masque respiratoire sera inondé d’eau. Ce serait encore pire avec Amphibio, car la couche d’air piégée par la surface hydrophobe serait réduite et disparaîtrait bientôt, l’azote se diffusant dans l’eau environnante.
La même chose s’applique à la pression. Les branchies artificielles fonctionnent mieux en eau très peu profonde. Si le plongeur descend à plus de quelques pieds, la pression de l’eau va, à nouveau, faire s’effondrer les tuyaux et les vessies et le masque facial sera inondé. Le scaphandre n’a pas ce problème parce qu’il est conçu pour compenser automatiquement en utilisant un régulateur, qui fournit de l’air à la pression ambiante pour une profondeur donnée.
Rien de tout cela n’invalide l’idée derrière Amphibio, mais elle nécessite beaucoup plus de travail à un niveau très basique pour la rendre pratique. Si elle arrive un jour sur le marché, il pourrait être agréable d’aller plonger dans une cathédrale inondée. Bien que nous recommanderions un masque, des palmes, une ceinture de poids et des palmes au lieu d’une robe diaphane pour l’occasion.
La vidéo ci-dessous montre le test en bassin d’une vessie Amphibio.