Ventilateur biologique bionique de Ziehl-Abegg : Mieux à tous points de vue

Président du directoire Peter Fenkl présente le nouveau ventilateur biologique bionique, avec lequel Ziehl-Abegg est un pionnier dans l'utilisation de bio-polyamides. (Photo : Ziehl-Abegg / Achim Köpf)

Bio-Ventilateur - Avant

Bio-Ventilateur - Extrait

Tableau 1

•    Économies significatives de CO2 lors de la fabrication
•    Réduction du bruit
•    Réduction de la consommation électrique en fonctionnement
•    Meilleure résistance à la charge, à la température, à la durabilité à long terme et aux propriétés mécaniques

„Avec ces ventilateurs, nous pouvons économiser chaque année des milliers de tonnes de CO2 pour l’environnement”, déclare le président du directoire Peter Fenkl. Son entreprise Ziehl-Abegg présente désormais un ventilateur bio-bionique. Le nouveau ventilateur est composé de polyamides biosourcés, issus d’huile de ricin. En plus de l’économie de CO2, il y a des améliorations en termes de résistance à la charge, à la température, à la durabilité à long terme ainsi qu’aux propriétés mécaniques. Intégrant des connaissances issues de la bionique dans la géométrie des pales, le ventilateur est également plus silencieux et plus efficace – ce qui réduit les coûts d’électricité et les émissions sonores en fonctionnement.

Ce nouveau développement est utilisé par exemple dans la technologie du froid (chaîne du froid pour les aliments jusqu’au supermarché), dans le chauffage, les pompes à chaleur et pour le refroidissement de l’électronique (centres de données, refroidissement des armoires électriques, refroidissement des convertisseurs). Dans une démarche durable, il est à noter que le ventilateur est recyclable à 100 %. Bien que l’empreinte carbone soit considérablement réduite, cela offre également des avantages pour les concepteurs d’appareils : le ventilateur possède une meilleure résistance chimique, une meilleure capacité de résistance au choc thermique, et est résistant à l’eau chaude ainsi qu’à la vapeur.

Il y a 20 ans, le « café équitable » n’était réservé qu’aux exotiques, mais aujourd’hui, de plus en plus de personnes scrutent derrière les messages publicitaires, les voies de transport et les processus de fabrication. Ainsi, le ventilateur bio-bionique peut servir d’exemple – même si son prix est actuellement plus élevé que celui des produits pétroliers. Étant donné que les données de performance de l’appareil et ses dimensions sont identiques à celles des ventilateurs conventionnels, il n’y a pas d’obstacles techniques – cependant, le marché doit être sensibilisé à ce produit et à ses qualités environnementales positives.

Techniquement, le ventilateur bio-bionique présente plusieurs avantages en plus de ses bénéfices pour l’environnement : comme une très faible absorption d’eau par rapport aux produits pétroliers, une durée de vie nettement plus longue, ainsi qu’une meilleure résistance chimique. « Ziehl-Abegg, en tant que précurseur dans le développement de ventilateurs, est également un pionnier dans l’utilisation de polymères biosourcés », déclare le président du directoire Fenkl.

1. Bionique (Faible bruit et faible consommation d’énergie)

Les développeurs de Ziehl-Abegg ont étudié de nombreux animaux dont le corps est optimisé pour la ventilation de l’eau ou de l’air. Ils ont trouvé leur inspiration chez le rapace le plus silencieux – la chouette.

Pourquoi la chouette est-elle si silencieuse ? Les chouettes chassent la nuit, lorsque la visibilité est très mauvaise. Elles localisent leur proie à l’ouïe. Et cela ne fonctionne que si elles volent extrêmement silencieusement. Comment y parviennent-elles ? Par exemple, une chouette effraie pèse presque autant qu’une pigeonne. Cependant, ses ailes sont beaucoup plus grandes et plus fortement voilées. Cela procure à l’oiseau une portance bien plus importante à des vitesses plus faibles. Les pigeons, en revanche, doivent battre des ailes très fort, ce qui les rend audibles de loin. De plus, des franges au bout des ailes de la chouette adoucissent la rencontre des flux d’air sur la face supérieure et inférieure des ailes – ce qui les rend plus silencieuses. C’est pourquoi le bord arrière de la pale du ventilateur est dentelé.

Mais ce n’est pas seulement chez la chouette que les développeurs ont observé attentivement : vautours, aigles et cigognes ont des plumes dont chaque extrémité forme de petites spirales, ce qui réduit la résistance de l’aile. On peut voir ce phénomène aussi sur les avions, dont les ailes comportent désormais une petite courbure à l’extrémité (winglet) – chez Ziehl-Abegg, les pales de leurs ventilateurs à la manière des chouettes sont équipées depuis des années d’un rebord courbé.

La combinaison de plusieurs caractéristiques bioniques dans un seul ventilateur permet également de réduire la consommation d’énergie en fonctionnement.

2. Matériau biosourcé dans le ventilateur (Réduction du CO2 lors de la fabrication)

Les matières premières renouvelables contribuent à réduire les émissions de CO2 par substitution aux ressources fossiles. La pale du ventilateur est composée à plus de 60 % de Sebazinsäure, un matériau biosourcé extrait de l’huile de ricin.

L’huile de ricin, aussi appelée Ricinusöl (CAS-Nr. 08001-79-4), est une huile végétale extraite des graines de l’arbre miracle tropical (Ricinus communis), une euphorbe. C’est un triglycéride, également appelé Oleum Ricini ou huile de ricin en pharmacie (en anglais castor oil, mais aussi ricinus oil ou oil of Palma Christi).

Dans les zones climatiques tempérées, la plante pousse comme une annuelle herbacée, dans les zones tropicales comme une plante vivace. La plante pousse rapidement et, dans des conditions idéales, atteint jusqu’à cinq mètres en trois à quatre mois. Dans un climat tropical, elle peut atteindre jusqu’à 13 mètres après plusieurs années et former un tronc ligneux. Dans les climats saisonniers, la plante meurt chaque année au-dessus du sol, puis repousse avec l’ensoleillement adéquat.

Le miracle de l’arbre pousse également dans un climat semi-aride (du latin aridus = sec, aride), ce qui lui permet de tolérer la sécheresse. Le principal pays producteur d’huile de ricin est l’Inde, qui fournit environ 60 % de la production mondiale avec 750 000 tonnes par an. D’autres pays importants sont la Chine et le Brésil.

L’huile de ricin est extraite par culture sur des sols pauvres en nutriments, ce qui ne concurrence pas la production alimentaire. L’arbre miracle ou l’huile de ricin n’est pas un aliment.

La transformation du biopolyamide est possible sur des machines conventionnelles avec des paramètres de processus adaptés, comme pour les plastiques traditionnels.

Comme l’arbre miracle absorbe du CO2 lors de sa croissance, l’émission de CO2 par rapport au plastique à base de pétrole est réduite d’environ deux tiers. Il s’agit donc d’une réduction significative du CO2. Le président du directoire Fenkl déclare : « En utilisant des matières premières végétales qui ont déjà absorbé du CO2 lors de leur croissance, le bilan carbone du matériau est nettement plus favorable que celui des polymères issus de ressources fossiles. » Même en considérant la totalité de la pale du ventilateur (y compris une proportion de 30 % de fibres de verre), l’économie de CO2 reste de 40 %.

Étant donné que plus de 60 % du matériau provient de ressources renouvelables, celui-ci répond à la définition courante d’un bioplastique.

Les biopolymères, ou polymères biosourcés, font partie des initiatives phares de la Commission européenne, lorsque les conditions suivantes sont remplies : une production industrielle suffisante et l’absence de concurrence avec l’alimentation. Ces conditions sont remplies pour les biopolymères à base d’huile de ricin.

3. Le matériau biosourcé réduit le poids du ventilateur

Le ventilateur bio est 6 % plus léger qu’un produit en PA6 GF30 (à base fossile). Cela résulte d’une part d’une économie de 5 % en densité et d’autre part d’une absorption d’humidité inférieure d’un pour cent (PA 6 GF 30 : densité 1,36 et absorption d’humidité 2,1-2,3 %, contre matériau biosourcé avec GF30 : densité 1,31 et absorption d’humidité 1,2 %).

4. Le matériau biosourcé présente plusieurs avantages positifs

Pour les clients, ce nouveau matériau offre de nombreux avantages, ce qui élargit les possibilités d’utilisation de ce ventilateur :

• •    Meilleure résistance chimique (résistance à la fissuration sous tension en présence de produits chimiques agressifs)
• •    Résistant à l’eau chaude et à la vapeur (haute résistance à l’hydrolyse)
• •    Absorbe 50 % d’humidité en moins
• •    Plus dimensionnellement stable
• •    Meilleure résistance au choc thermique
• •    Bonne résistance à l’abrasion/usure

5. Le bois n’est pas adapté pour remplacer les matériaux fossiles

L’utilisation du bois comme matériau de substitution n’est pas une alternative pour Ziehl-Abegg, car cela aurait un impact financier direct sur les propriétaires de maisons et d’appartements utilisant le bois ou les pellets pour le chauffage (voir tableau 1).

Initiative du marché phare de l’UE

La Commission européenne a lancé en 2007 l’initiative du marché phare (LMI) et a choisi les produits biosourcés comme l’un des six marchés cibles. La LMI vise à stimuler la demande par des mesures orientées vers le marché, afin de valoriser le potentiel des produits biosourcés et de leur donner une meilleure compétitivité.

Problème d’économie : Selon les experts interrogés, le principal obstacle reste le coût supérieur des produits biosourcés par rapport aux alternatives, ce qui rend souvent la mise au point de procédés de production biotechnologiques peu rentable.

Contexte :
Les produits biosourcés sont considérés comme ayant un potentiel important pour réduire les impacts environnementaux liés à la production, améliorer la santé, offrir une alternative durable aux ressources fossiles, et assurer la compétitivité internationale de l’industrie allemande et européenne grâce à une position de leader technologique. Cependant, ce potentiel n’est pas encore pleinement exploité. Plusieurs obstacles subsistent, tels que la compétitivité en coûts, une faible acceptation dans l’industrie de transformation, une domination du « time to market », des réglementations défavorables, et une préférence relative pour l’utilisation énergétique plutôt que matérielle de la biomasse. La diversité des produits et des domaines d’application (par ex. produits chimiques bio, lubrifiants et plastiques pour emballages, mais aussi dans la construction ou l’industrie automobile) complique également un soutien ciblé.

Stratégie de haute technologie du gouvernement allemand (2006)

La stratégie de haute technologie du gouvernement allemand vise à positionner l’Allemagne à la tête des principaux marchés d’avenir. La plante en tant que fournisseur de matières premières est l’un des 17 domaines d’avenir où des mesures d’innovation ont été définies. Dans ce cadre, l’Allemagne vise, d’ici 2015, à atteindre la position de leader européen en biotechnologie végétale et en sélection végétale, et à étendre considérablement l’utilisation de matières premières renouvelables dans l’industrie chimique.