Submergez-le et ils viendront. Algues opportunistes, balanes, et les films bactériens peuvent rapidement encrasser presque toutes les surfaces sous-marines, mais les chercheurs utilisent maintenant les progrès de la nanotechnologie et de la science des matériaux pour concevoir des revêtements sous-marins respectueux de l'environnement qui repoussent ces passagers clandestins biologiques.
"L'eau de mer est un système biologique très agressif, " dit Gabriel Lopez, dont le laboratoire de l'Université Duke étudie l'interface des films bactériens marins avec les surfaces immergées. Alors que l'abondance de la vie océanique fait des récifs coralliens et des bassins de marée des destinations touristiques attrayantes, pour les navires dont la coque se couvre de vase, toute cette vie peut, littéralement, être un gros frein. Sur une seule classe de destroyer de l'US Navy, l'accumulation biologique est estimée à plus de 50 millions de dollars par an, majoritairement en carburant d'appoint, selon une étude réalisée en 2010 par des chercheurs de la U.S. Naval Academy et du Naval Surface Warfare Center dans le Maryland. Les salissures marines peuvent également perturber le fonctionnement des capteurs océaniques, échangeurs de chaleur qui aspirent de l'eau pour refroidir les systèmes mécaniques, et autres équipements sous-marins.
Traditionnellement, le constructeur d'un navire pourrait appliquer une peinture contenant des biocides, conçu pour empoisonner tout organisme colonisateur, au dessous de la coque. Cependant, ces peintures contiennent souvent des métaux lourds ou d'autres produits chimiques toxiques qui pourraient s'accumuler dans l'environnement et nuire involontairement aux poissons ou à d'autres organismes marins. Pour remplacer les peintures toxiques, les scientifiques et les ingénieurs cherchent maintenant des moyens de manipuler les propriétés physiques des revêtements de surface pour décourager la colonisation biologique. "Notre objectif final est de développer une technologie plus verte, " dit Lopez.
Lopez et son groupe se concentrent sur une classe de matériaux appelés surfaces sensibles aux stimuli. Comme le nom l'indique, les matériaux vont modifier leurs propriétés physiques ou chimiques en réponse à un stimulus, comme un changement de température. Les revêtements testés dans le laboratoire de Lopez se plissent à l'échelle micro ou nanométrique, secouer les colonies visqueuses de bactéries marines d'une manière similaire à la façon dont un cheval pourrait secouer sa peau pour chasser les mouches. Les chercheurs examinent également comment un stimulus pourrait modifier les propriétés chimiques d'une surface d'une manière qui pourrait diminuer la capacité d'un organisme marin à s'y coller.
Au Symposium AVS, tenue du 30 octobre au 4 novembre à Nashville, Tennessee., Lopez présentera les résultats d'expériences sur deux types différents de surfaces sensibles aux stimuli :l'une qui change de texture en réponse à la température et l'autre en réponse à une tension appliquée. Les surfaces sensibles à la tension sont développées en collaboration avec le laboratoire de Xuanhe Zhao, également chercheur de Duke, qui a découvert que les câbles isolants peuvent échouer s'ils se déforment sous des tensions. "Étonnamment, le même mécanisme de défaillance peut être rendu utile pour déformer les surfaces des revêtements et détacher l'encrassement biologique, " dit Zhao.
"L'idée d'une surface active est inspirée de la nature, " ajoute Lopez, qui se souvient avoir été intrigué par la question de savoir comment les tentacules ondulants d'une anémone de mer sont capables de se nettoyer. Autres surfaces biologiques, comme la peau de requin, ont déjà été copiés par des ingénieurs cherchant à apprendre des systèmes antisalissure efficaces de la nature.
Les surfaces modèles que Lopez et son équipe étudient ne sont pas encore sous des formes adaptées aux applications commerciales, mais ils aident les scientifiques à comprendre les mécanismes derrière les changements de texture ou chimiques efficaces. La compréhension de ces mécanismes aidera également l'équipe à développer des matériaux et des méthodes pour contrôler l'encrassement biologique dans un large éventail de contextes supplémentaires, y compris sur les implants médicaux et les surfaces industrielles. Comme prochaine étape, l'équipe testera comment les surfaces sont capables de secouer d'autres formes de vie marine. Finalement, l'équipe espère immerger des panneaux d'essai revêtus dans les eaux côtières et attendre l'arrivée de la vie marine, mais j'espère ne pas être trop confortable.
