Question du lundi 14 mai 2018

L’eau roule sur les feuilles de lotus car elles sont couvertes...

Réponses

1 de papilles microscopiques enrobées de cristaux de cire.

2 de cellules qui produisent un champ magnétique.

3 de poils de différentes tailles, qui piègent l’air.

 

Bonne réponse: 1, les feuilles de lotus sont couvertes de papilles microscopiques enrobées de cristaux de cire.

Les feuilles du lotus sont connues pour repousser l’eau comme aucune autre plante. Les gouttelettes ne s'étalent pas et forment des billes quasiment sphériques qui roulent très facilement vers le centre ou les bords de la feuille. Cette propriété exceptionnelle s’explique par des principes physiques. Elle est due à un phénomène de superhydrophobie appelé, précisément, effet lotus. Explications.

Micro-rugosités

À l’œil nu, les larges feuilles vertes du lotus ont l’air parfaitement lisses. Mais le microscope électronique révèle une microstructure complexe. Les cellules de la surface forment des protubérances, des papilles mesurant une dizaine de microns. Selon Nathan Dupertuis, doctorant au Laboratoire de biophotonique fondamentale de l’EPFL, «ces papilles sont elles-même recouvertes d’un dense tapis de cire cristallisée en tubes. Ils sont très fins et courts afin de recouvrir au mieux la surface des papilles, sans interstice». Avec ces deux niveaux de rugosité, la surface ressemble à un tapis de pointes. Comme le fakir sur son tapis de clous, les gouttes d’eau peuvent flotter à sa surface puisque la zone de contact avec les gouttes d’eau est minimale.

(a) Feuilles de lotus (b) Face supérieure de la feuille vue au microscope électronique à balayage (MEB) (c) Zoom sur les tubules de cire

Crédits photos: © 2011, Ensikat et al; licensee Beilstein-Institut.

Autre caractéristique techniques d’une surface superhydrophobe : «L’angle formé par la surface du solide avec la tangente à la goutte, c’est-à-dire l’angle de contact, doit être supérieur à 150°. Pour vous faire une idée, avec 180°, la goutte serait parfaitement sphérique, explique Yves Leterrier du Laboratoire de mise en œuvre de composites à haute performance de l’EPFL. De plus, la goutte d'eau doit pouvoir rouler très facilement dès qu'on incline un peu la surface.»

 

Autonettoyant

Pour le lotus, la superhydrophobie est un avantage évolutif. Quand l’eau glisse sur la feuille, elle emporte avec elle poussières et salissures et une feuille propre et sans impuretés à sa surface permettra une meilleure photosynthèse.

La feuille de lotus est l’exemple le plus fameux et le plus efficace de superhydrophobie naturelle, mais des propriétés similaires ont été observées sur plus de 200 plantes, comme le nénuphar, la capucine ou le ginkgo biloba.

L’effet lotus a été décrit pour la première fois à la fin des années 1970 par le botaniste Wilhelm Barthlott. Depuis, chercheurs et ingénieurs s’en inspirent pour créer par exemple des revêtements, peintures et textiles dits «autonettoyants» par biomimétisme. Au-delà de l’eau, on cherche à créer des surfaces autonettoyantes pour n’importe quel type de contamination. Parmi les applications possibles, citons les carrosseries et sièges automobiles, le matériel biomédical ou les vitres.

«Dans notre laboratoire, nous développons de telles surfaces superhydrophobes pour de nouveaux emballages alimentaires qui permettraient de récupérer la totalité du contenu sans perte, annonce Yves Leterrier. Cela pourrait aussi faciliter le recyclage de l’emballage.» Le projet se fait en partenariat avec la Haute école d'art et de design de Lausanne (ECAL) et est financé par le Food and Nutrition Center de l’EPFL. Il s'agit d'un procédé de réplication à l'échelle microscopique, où les détails de la feuille sont imprimés dans une résine qui est exposée à la lumière UV pour la solidifier. Pour l’heure, une dizaine de plantes ont été testées avec l'aide du jardin botanique de Lausanne. «En ce moment, nous travaillons avec des pétales de roses. Étonnamment, nous avons constaté que les roses jaunes sont superhydrophobes mais pas les roses rouges.»

Plus d’informations :

Superhydrophobicity in perfection: the outstanding properties of the lotus leaf. Hans J. Ensikat, Petra Ditsche-Kuru, Christoph Neinhuis and Wilhelm Barthlott. Beilstein J. Nanotechnol. (2011), 2, 152–161.

A Facile in Situ and UV Printing Process for Bioinspired Self-Cleaning Surfaces. González Lazo M.A., Katrantzis I., Dalle Vacche S., Karasu F., Leterrier Y., Materials, 9, 738 (2016). DOI : 10.3390/ma9090738.

Merci à Nathan Dupertuis, doctorant au Laboratoire de BioPhotonique fondamentale de l’EPFL et à Yves Leterrier du Laboratoire de mise en œuvre de composites à haute performance de l’EPFL.