Un papillon sud-américain battit des ailes, et a provoqué une vague de recherches en nanotechnologie dans l'Ohio. Les chercheurs ici ont jeté un nouveau regard sur les ailes de papillon et les feuilles de riz, et appris des choses sur leur texture microscopique qui pourraient améliorer une variété de produits.

Par exemple, les chercheurs ont pu nettoyer jusqu'à 85 % de la poussière d'une surface en plastique enduite qui imitait la texture d'une aile de papillon, par rapport à seulement 70 pour cent sur une surface plane.

Dans un récent numéro de la revue Matière molle , les ingénieurs de l'Ohio State University rapportent que les textures améliorent l'écoulement des fluides et empêchent les surfaces de se salir - des caractéristiques qui pourraient être imitées dans les surfaces de haute technologie pour les avions et les embarcations, canalisations, et du matériel médical.

« La nature a fait évoluer de nombreuses surfaces autonettoyantes ou réduisant la traînée, " dit Bharat Bhushan, Ohio Eminent Scholar et Howard D. Winbigler Professeur de génie mécanique à l'Ohio State. "Une traînée réduite est souhaitable pour l'industrie, que vous essayiez de faire passer quelques gouttes de sang à travers un nano-canal ou des millions de gallons de pétrole brut à travers un pipeline. Et les surfaces autonettoyantes seraient utiles pour les équipements médicaux – cathéters, ou tout ce qui pourrait abriter des bactéries."

Bhushan et le doctorant Gregory Bixler ont utilisé un microscope électronique et un profileur optique pour étudier les ailes du papillon Morpho bleu géant (Morpho didius) et les feuilles du plant de riz Oriza sativa. Ils ont moulé des répliques en plastique des deux textures microscopiques, et comparé leur capacité à repousser la saleté et l'eau à des répliques d'écailles de poisson, Peau de requin, et des surfaces planes.

Commun à l'Amérique centrale et du Sud, le Blue Morpho est un papillon emblématique, prisé pour sa couleur bleu brillant et son irisation. Au-delà de sa beauté, il a la capacité de rejeter la saleté et l'eau avec un battement d'ailes.

Pour un papillon en pleine nature, rester propre est un problème critique, Bhushan a expliqué.

"Leurs ailes sont si délicates que la saleté ou l'humidité les rend difficiles à voler, " dit-il. " De plus, les mâles et les femelles se reconnaissent à la couleur et aux motifs de leurs ailes, et chaque espèce est unique. Ils doivent donc garder leurs ailes brillantes et visibles pour se reproduire."

Le microscope électronique a révélé que les ailes du Blue Morpho ne sont pas aussi lisses qu'elles le paraissent à l'œil nu. Au lieu, la texture de la surface ressemble à un toit à clin avec des rangées de bardeaux superposés rayonnant du corps du papillon, suggérant que l'eau et la saleté roulent des ailes "comme l'eau d'un toit, " dit Bhushan.

Les feuilles de riz offraient un paysage plus surréaliste au microscope, avec des rangées de rainures micrométriques (millionièmes de mètre), chacun recouvert d'encore plus petit, bosses de la taille d'un nanomètre (milliardièmes de mètre) - toutes inclinées pour diriger les gouttes de pluie vers la tige et jusqu'à la base de la plante. La feuille avait également un revêtement cireux glissant, ce qui permet aux gouttelettes d'eau de s'écouler.

Les chercheurs voulaient tester comment les ailes de papillon et les feuilles de riz pourraient présenter certaines des caractéristiques d'autres surfaces qu'ils ont étudiées, comme la peau de requin, qui est couvert de glissant, rainures microscopiques qui permettent à l'eau de s'écouler facilement autour du requin. They also tested fish scales, and included non-textured flat surfaces for comparison.

After studying all the textures close up, the researchers made molds of them in silicone and cast plastic replicas. To emulate the waxy coating on the rice leaves and the slippery coating on shark skin (which in nature is actually mucous), they covered all the surfaces with a special coating consisting of nanoparticles.

In one test, they lined plastic pipes with the different coated textures and pushed water through them. The resulting water pressure drop in the pipe was an indication of fluid flow.

For a pipe about the size of a cocktail straw, a thin lining of shark skin texture coated with nanoparticles reduced water pressure drop by 29 percent compared to the non-coated surface. The coated rice leaf came in second, with 26 percent, and the butterfly wing came in third with around 15 percent.

Then they dusted the textures with silicon carbide powder – a common industrial powder that resembles natural dirt – and tested how easy the surfaces were to clean. They held the samples at a 45-degree angle and dripped water over them from a syringe for two minutes, so that about two tablespoons of water washed over them in total. Using software, they counted the number of silicon carbide particles on each texture before and after washing.

The shark skin came out the cleanest, with 98 percent of the particles washing off during the test. Next came the rice leaf, with 95 percent, and the butterfly wing with about 85 percent washing off. Par comparaison, only 70 percent washed off of the flat surface.

Bushan thinks that the rice leaf texture might be especially suited to helping fluid move more efficiently through pipes, such as channels in micro-devices or oil pipelines.

As to the Blue Morpho's beautiful wings, their ability to keep the butterfly clean and dry suggests to him that the clapboard roof texture might suit medical equipment, where it could prevent the growth of bacteria.