Une goutte d'eau se trouve au sommet des poils en forme de batteur sur un Salvinia molesta feuille. Crédit :Image reproduite avec l'aimable autorisation de l'Ohio State University.
Une mauvaise herbe flottante qui obstrue les voies navigables du monde entier a au moins une caractéristique rédemptrice :elle a inspiré un revêtement imperméable de haute technologie destiné aux bateaux et sous-marins.
La fougère brésilienne Salvinia molesta a proliféré autour des Amériques et de l'Australie en partie parce que sa surface est parsemée de poils aux formes étranges qui emprisonnent l'air, réduire les frottements, et aider la plante à rester à flot.
Dans le numéro du 1er novembre du Journal of Colloid and Interface Science, Les ingénieurs de l'Ohio State University décrivent comment ils ont recréé la texture, qui ressemble à un tapis de minuscules fibres en forme de batteur à œufs. Le revêtement plastique qu'ils ont créé en laboratoire est doux et moelleux, comme un tapis à poils longs microscopique.
Dans la nature, les poches d'air emprisonnées à la base des poils de Salvinia réduisent les frottements dans l'eau et aident la plante à flotter, tandis qu'une zone collante au bout des batteurs à œufs s'accroche légèrement à l'eau, assurant la stabilité.
C'est la combinaison de surfaces glissantes et collantes qui rend la texture si spéciale, dit Bharat Bhushan, Ohio Eminent Scholar et professeur de génie mécanique Howard D. Winbigler à l'Ohio State.
"La feuille de Salvinia est une structure hybride étonnante. Les côtés des poils sont hydrophobes - dans la nature, ils sont recouverts de cire - ce qui empêche l'eau de toucher les feuilles et emprisonne l'air sous la forme du batteur à œufs au sommet. L'air emprisonné donne de la flottabilité à la plante, " il a dit.
"Mais le dessus des poils est hydrophile. Ils collent un tout petit peu à l'eau, qui maintient la plante stable à la surface de l'eau."
Il s'agit d'une micrographie optique de poils en forme de batteur à œufs sur la surface des feuilles de la plante aquatique Salvinia molesta . Les poils réduisent la friction et aident la plante à rester à flot. Les ingénieurs de l'Ohio State University ont reproduit la surface dans un revêtement en plastique qui pourrait réduire la traînée et augmenter la flottabilité des bateaux et des sous-marins. Crédit :Image reproduite avec l'aimable autorisation de l'Ohio State University.
Dans les essais, le revêtement fonctionnait exactement comme le font les poils de Salvinia dans la nature. La base des poils était glissante, tandis que les pointes des poils étaient collantes. Les gouttelettes d'eau n'ont pas pénétré entre les poils, mais s'est plutôt accroché au sommet des structures du batteur à œufs - même lorsque l'échantillon de revêtement était tourné sur le côté à une verticale de 90 degrés.
Avec le développement commercial, le revêtement pourrait réduire la traînée et augmenter la flottabilité et la stabilité des bateaux et des sous-marins, dit Bhushan.
Bhushan et l'étudiant à la maîtrise Jams Hunt ont comparé l'adhésivité de leur revêtement plastique à l'adhésivité de la feuille de Salvinia naturelle à l'aide d'un microscope à force atomique. Les deux surfaces ont eu des performances presque identiques, avec le revêtement plastique générant une force d'adhérence de 201 nanoNewtons (milliardièmes de Newton) et la feuille générant 207 nanoNewtons.
C'est une force très minime par rapport aux adhésifs familiers tels que le ruban transparent ou même le ruban de masquage. Mais l'adhérence est similaire à celle d'une autre surface naturelle étudiée par Bhushan et d'autres chercheurs :les pieds de gecko.
"J'ai étudié les pieds de gecko, qui sont collants, et la feuille de lotus, qui est glissant, " Bhushan a déclaré. "Salvinia combine des aspects des deux."
Bhushan développe des structures biomimétiques – des structures artificielles créées en laboratoire pour imiter les structures trouvées dans la nature. Les pieds de gecko l'ont inspiré à enquêter sur un repositionnable, adhésif "intelligent", et la feuille de lotus a inspiré la notion de verre qui repousse l'eau et la saleté.
Il est venu étudier la Salvinia par l'intermédiaire d'un collègue de la serre des sciences biologiques de l'université, qui a fourni des échantillons de la plante pour l'étude.
Salvinia molesta, également connu sous le nom de salvinia géante, est originaire du Brésil, et est une plante populaire pour les aquariums domestiques et les étangs décoratifs du monde entier. Il n'a pas besoin de saleté, mais vit uniquement dans l'eau - même l'eau en mouvement comme les rivières et les lacs.
A un moment donné, la plante copieuse s'est échappée des maisons des gens dans la nature. Maintenant, il a proliféré dans les voies navigables commerciales en Amérique du Nord, Amérique du Sud, et l'Australie, où il est devenu une espèce envahissante.
Alors que l'usine est aujourd'hui une nuisance pour les navires, il pourrait finalement présenter un avantage si un revêtement commercial basé sur sa texture devenait disponible. Bhushan n'a pas l'intention de le commercialiser lui-même, bien que.
"Avec cette étude, nous avons eu un aperçu approfondi d'un concept très simple [comment fonctionne la feuille de Salvinia]. C'est là que le plaisir est, " dit-il. " En plus, Je suis déjà passé à l'étude de la peau de requin."
