Développement d'une méthodologie systémique d'aide à la conception bio-inspirée pour favoriser l'émergence d'innovations soutenables et durables, à partir de stratégies biologiques inspirantes // Development of a systemic methodology for bio-inspired desi

Face aux défis environnementaux actuels (réchauffement climatique, effondrement de la biodiversité, pollution), l'atteinte de la neutralité carbone est devenue une nécessité absolue. La biomimétique, branche des sciences de la conception s'inspirant des solutions naturelles, représente une voie prometteuse pour l'innovation durable, particulièrement dans les secteurs énergétiques et industriels.
Malgré son potentiel reconnu, la biomimétique se heurte à plusieurs obstacles : manque de formations spécialisées, exigences d'interdisciplinarité, complexité des outils méthodologiques, et tendance à stagner au stade conceptuel sans atteindre une maturité technologique suffisante. Les équipes de conception rencontrent des difficultés à convertir les concepts bio-inspirés en innovations concrètes.
Ce projet de thèse vise à développer une méthodologie structurée intégrant la modélisation pour faciliter le passage des stratégies biologiques aux prototypes fonctionnels. Les objectifs poursuivis sont de structurer les étapes d'analyse des stratégies biologiques, d'intégrer la modélisation numérique paramétrique dans le processus et de permettre une projection anticipée de l'innovation biomimétique dès les phases initiales.
La méthodologie proposée s'articule autour de huit étapes séquentielles et itératives, avec une attention particulière portée à trois types de modèles fonctionnels : le modèle technique représentant le système initial et sa problématique, le modèle biologique explicitant la stratégie biologique d'intérêt, et le modèle biomimétique projetant le mécanisme biologique dans l'environnement technique.
Cette approche s'appuie sur deux cadres théoriques complémentaires : le Function-Behaviour-Structure (FBS) pour l'analyse systémique et le Model-Based Systems Engineering (MBSE) comme support de modélisation. L'hypothèse centrale est que la modélisation peut servir d'interface linguistique facilitant la communication entre ingénieurs et processus biomimétique.
Le projet se déroulera sur trois années avec une première année consacrée à l'établissement des fondements théoriques et conceptuels, une deuxième année dédiée au développement méthodologique et à la validation expérimentale, et une troisième année pour la finalisation et la synthèse des résultats.
La recherche sera co-encadrée par trois entités aux expertises complémentaires : IKOS Lab apportant son expertise en ingénierie des systèmes et MBSE, CEEBIOS contribuant par sa connaissance approfondie de la biomimétique, et l'unité de recherche GeNumEr d'UniLaSalle Beauvais offrant ses compétences multidisciplinaires et infrastructures technologiques.
Plusieurs hypothèses principales guideront les travaux, notamment que les modèles fonctionnels facilitent et accélèrent la compréhension des problèmes techniques et des solutions biologiques, que ces modèles permettent de visualiser l'innovation plus tôt dans le processus, et que les boucles d'itération sont plus efficaces lorsqu'elles sont canalisées autour du modèle biomimétique.
Les retombées attendues incluent une adoption facilitée de la biomimétique en milieu industriel, une compression des cycles de développement, une gestion optimisée des ressources, un meilleur taux de conversion des concepts en innovations concrètes, et l'établissement d'une articulation formalisée entre inspiration biologique et technologies de simulation. Cette recherche s'inscrit dans une perspective plus large de contribution à la transition écologique, en développant des méthodologies robustes pour transformer les principes biologiques en innovations soutenables et durables.
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In the face of current environmental challenges (climate change, biodiversity collapse, pollution), achieving carbon neutrality has become an absolute necessity. Biomimetics, a branch of design sciences drawing inspiration from natural solutions, represents a promising pathway for sustainable innovation, particularly in the energy and industrial sectors.
Despite its recognized potential, biomimetics faces several obstacles: lack of specialized training, interdisciplinary requirements, complexity of methodological tools, and a tendency to stagnate at the conceptual stage without reaching sufficient technological maturity. Design teams encounter difficulties in converting bio-inspired concepts into concrete innovations.
This thesis project aims to develop a structured methodology integrating modeling to facilitate the transition from biological strategies to functional prototypes. The objectives are to structure the analysis stages of biological strategies, integrate parametric numerical modeling into the process, and enable early projection of biomimetic innovation from the initial phases.
The proposed methodology is organized around eight sequential and iterative steps, with particular attention to three types of functional models: the technical model representing the initial system and its challenges, the biological model explicating the biological strategy of interest, and the biomimetic model projecting the biological mechanism into the technical environment.
This approach is based on two complementary theoretical frameworks: Function-Behaviour-Structure (FBS) for systemic analysis and Model-Based Systems Engineering (MBSE) as a modeling support. The central hypothesis is that modeling can serve as a linguistic interface facilitating communication between engineers and the biomimetic process.
The project will unfold over three years with the first year devoted to establishing theoretical and conceptual foundations, the second year dedicated to methodological development and experimental validation, and the third year for finalization and synthesis of results.
The research will be co-supervised by three entities with complementary expertise: IKOS Lab contributing its expertise in systems engineering and MBSE, CEEBIOS contributing its in-depth knowledge of biomimetics, and the GeNumEr research unit at UniLaSalle Beauvais offering its multidisciplinary skills and technological infrastructure.
Several main hypotheses will guide the work, notably that functional models facilitate and accelerate the understanding of technical problems and biological solutions, that these models allow for visualizing innovation earlier in the process, and that iteration loops are more efficient when channeled around the biomimetic model.
Expected outcomes include facilitated adoption of biomimetics in industrial settings, compressed development cycles, optimized resource management, better conversion rate of concepts into concrete innovations, and the establishment of a formalized articulation between biological inspiration and simulation technologies. This research is part of a broader perspective of contributing to ecological transition by developing robust methodologies to transform biological principles into sustainable and enduring innovations.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Cifre

CIFRE ANRT

Université de Picardie - Jules Verne

585 Sciences, Technologie, Santé

Pour ce projet de thèse en conception biomimétique, le profil idéal combine une double formation en sciences du vivant et en conception d'innovation. Le candidat doit posséder une compréhension des principes biologiques ainsi que des compétences en ingénierie des systèmes et en méthodologie de conception. Une expérience préalable avec la démarche biomimétique, des capacités rédactionnelles scientifiques et une aptitude à la gestion de projet sont également valorisées.
For this thesis project in biomimetic design, the ideal profile combines dual training in life sciences and innovation design. The candidate must have an understanding of biological principles as well as skills in systems engineering and design methodology. Previous experience with the biomimetic approach, scientific writing abilities, and project management aptitude are also valued.