lundi 11 décembre 2006
Effet lotus
L'effet lotus est un phénomène physique d'interactions entre des gouttelettes d'eau et une surface hydrophobe utilisé par certaines plantes pour nettoyer la surface de leurs feuilles, tout en les maintenant "sèches". Cette particularité est présente dans la famille du lotus qui, malgré son développement dans des rivières et des lacs boueux, arrive à conserver des feuilles propres.
La structure microscopique de la surface et les propriétés chimiques de la plante font que ses feuilles ne sont jamais mouillées. Au contraire, les gouttes d'eau roulent à la surface de la feuille, emportant avec elles des débris, insectes et autres poussières.
Cet effet est utilisée également par certains animaux (pattes du gerris, petit insecte marchant sur l'eau grâce à cela).
Historique
Ce phénomène a été étudié en 1975 par Barthlott et Neinhuis, deux botanistes de l'Université de Bonn. Jusqu'à leur découverte obtenue par l'analyse au microscope électronique, on croyait à tort que le phénomène était causé par l'absence complète d'aspérités sur les feuilles.
Principe
Une goutte d'eau déposée sur une surface lisse hydrophobe forme un angle de contact légèrement supérieur à 90°. Cet angle augmente fortement en présence de micro-aspérités, pouvant atteindre près de 180° (la goutte restant dans une forme sphérique dans ce dernier cas). On atteint un état de "super-hydrophobie" caractéristique de l'effet lotus. Cet état se manifeste également par le déplacement de la gouttelette qui est grandement facilitée.
Cet effet est distinct du comportement de gouttelettes d'eau disposées sur une surface très chaude, décrit par Johann Gottlob Leidenfrost dans un traité de 1756 : les gouttes restent effectivement sphériques mais la cause en est de la formation d'une couche de vapeur d'eau entre la surface porteuse et la goutte (phénomène physique nommé caléfaction).
La surface de la feuille du lotus est couverte d'une multitude de petites structures superhydrophobes de l'ordre de quelques microns. Ces micro-textures sont couvertes de cire. Les gouttes d'eau qui conservent leur forme sphérique, sont ainsi repoussées par la cire mais reposent en même temps sur les petites bosses. L'eau s'écoule ainsi facilement sans s'étaler.
Utilisation industrielle
L'effet lotus a des applications dans l'industrie, notamment la réalisation de matériaux superhydrophobes, auto-nettoyants et imperméables.
Une technique consiste à rendre une surface d'aluminium superhydrophobique en l'immergeant dans une solution d'hydroxyde de sodium pendant plusieurs heures, puis en appliquant une couche de perfluorononane d'une épaisseur de 2 nanomètres. Cette opération augmente l'angle de contact de 67° jusqu'à 168° selon la loi de Cassie. L'analyse au microscope montre que la surface du métal ressemble à celle du lotus avec des micro-structures poreuses. La taille des aspérités a cependant une certaine importance : en cas d'augmentation de la pression sur la goutte (vitesse de chute par exemple), si ces dernières sont trop petites, la gouttelette peut "s'empaler" sur celles-ci, réalisant un "état de Wenzel" super-mouillant et contraire à l'effet souhaité.
Quelques videos sur cet effet lotus au format ogg (lisible avec VideoLAN) :
Source : Wikipedia et Wikimedia Commons (photos) .
