I) Le Lotus, une curiosité des marécages:
Le lotus est une plante chlorophyllienne que l’on trouve principalement dans les régions marécageuses d’Asie, mais aussi dans d’autres régions chaudes de la planète. Cette plante fascine depuis longtemps les hommes, mais depuis quelques années les chercheurs ont découvert les raisons des 2 propriétés les plus intéressantes du Lotus: sa super hydrophobie et sa capacité auto-nettoyante. On pense que la plante a développé ses capacités en raison du milieu marécageux et en même temps pluvieux dans ces régions. Ainsi, afin de se débarrasser des poussières qui s’accumulent au fil des journées, la plante exploiterait la présence de l’eau pour s’autonettoyer et optimiser la photosynthèse (mettre soleil).
En tous cas cette plante a rapidement attiré des ingénieurs et chercheurs à travers le monde, car si on comprend comment reproduire grâce au biomimétisme cette capacité de la plante, on pourrait envisager de réduire certains traitements chimiques, ou envisager des vêtements de meilleure qualité entre autres.
II: Les propriétés du lotus
1) Une anatomie naturellement hydrophobe
D’abord il faut savoir qu’une surface super hydrophobe l’est seulement quand elle repousse l’eau: elle ne doit pas pouvoir être absorbée par ladite surface, ce qui se traduit au niveau moléculaire par une incapacité de cette surface hydrophobe à former des liaisons hydrogènes avec l’eau. Ceci dit, l’épiderme de la feuille de lotus produit une cire qui a des propriétés hydrophobes. Mais cela ne suffit pas pour expliquer cette capacité du lotus qui est bien plus développée que chez d’autres organismes. Elle vient en fait surtout de la forme de sa surface: quand on observe au microscope la surface d’une feuille de lotus, on pourrait la comparer à une peau de requin. La surface de la feuille est recouverte d’aspérités: c’est une surface rugueuse.
2) La loi de Cassie
Cette surface rugueuse permet à la plante de réduire au maximum sa surface de contact avec l’eau. Et on peut également savoir le « degré d’hydrophobie » (et par conséquent l’hydrophilie) grâce à ce qu’on nomme l’angle de contact. Or il y a une loi en physique: la loi de Cassie-Baxter. Cette loi physique explique pourquoi une surface (le substrat pour être exacte) plus grossière augmente cet angle. D’après elle, les gouttes d’eau ne peuvent pas adhérer aux aspérités, du coup elles restent aux sommets de celles-ci, comme si dessous.
Cette loi n’est en revanche utilisable que pour les surfaces suffisamment hydrophobes, dans les cas ou celle ci est réduite une autre loi s’applique: celle de Wenzel. Qui correspond en conséquence à une surface peu hydrophobe.
3) La relation de Young
Cependant pour déterminer l’angle de contact il faut utiliser une autre loi qui concerne les mouillages partiels: la relation de Young. Dans laquelle l’angle de contact θ, dépend de 3 facteurs: les tensions solide-liquide (γsl), celles liquides gazeux (γlv) et solide-vapeur (γsv). Ce qui donne ylv x cos θ = γsv − γlv. Au final on obtient un angle de contact en degrés.
Ensuite il suffit de se référer aux lois physiques, il faut savoir qu’au delà de 90° on parle de surface hydrophobe, et c’est seulement à partir de 150° que l’on peut considérer la surface comme étant « super hydrophobe ». Et le lotus grâce à sa surface rugueuse et sa cire hydrophobe, parvient à créer un angle d’environ 170°. Ce qui veut dire que moins de 1% de la surface de la goutte d’eau est en contact avec la feuille. A ce stade l’eau ne pénètre quasiment plus (voir pas du tout) dans la feuille de lotus.
Attention toutefois: une plante hydrophobe ne repousse pas tous les liquides. Elle ne repousse que l’eau d’ou le fait que ce terme est composé de « Hydro », eau en grec.
4) Une plante autonettoyante
Comme on l’a vu dans le 1, le lotus repousse l’eau au point que celle-ci ne peut plus pénétrer dans la feuille. Les gouttes d’eau vont alors former des petites billes d’eau à la surface. En raison des aspérités l’eau ne peut s’accrocher à la surface de la plante (voir le II, 2). Ces goutte vont alors avoir tendance à rouler littéralement sur la plante à la moindre pente.
Ces gouttes vont alors en passant entraîner avec elles les poussières qui se sont accumulés sur elle. C’est grâce à ce phénomène que la pante est considérée comme autonettoyante.
III: Des propriétés exploitables par l’homme
Plusieurs secteurs industriels s’intéressent de près à ses propriétés. Trois principalement:
L’industrie textile, par exemple, espère pouvoir d’ici quelques années lancer une production industrielle de vêtements super hydrophobes.
Le secteur de la construction dans le domaine de la peinture aussi est intéressé par ces capacités, elle envisage plusieurs applications. Par exemple en créant des peintures hydrophobes, on pourrait voir apparaître des murs auto nettoyants. Ces murs pourraient ainsi évacuer lors des pluies les poussières, polluants… qui s’accumule facilement en ville. D’ailleurs un produit a été mis au point il y a peu, et qui est super hydrophobe. Mais on ne peut encore le retrouver partout sur les murs. Pour 2 grandes raisons, tout d’abord quand il est pulvérisé le produit a tendance à être toxique, et il a tendance à voir ses propriétés se réduire avec le temps.
Et il y a enfin l’industrie navale. Elle est intéressée par la capacité du lotus à chasser l’eau. Car les navires se déplacent en glissant sur l’eau, et si ce glissement pouvait être améliorer sur la coque, on estime que 20% de carburant pourrait être économisé dans le meilleur des cas.
IV: Notre conclusion
On peut constater tout au long de cet article de nombreuses possibilités et avenir de cette feuille de lotus. Elle sert à la fois dans le quotidien avec les vêtements hydrophobes et dans les milieux professionnels dont on n’a cité que quelques exemples. Ses capacités ont en plus au delà des limites du lotus ouvert la voie à l’étude de nouvelles plantes hydrophobes: c’est un secteur en plein développement. Elle offre et a offert aux chercheurs et ingénieurs beaucoup de travail et de champs d’études. Si l’existence du phénomène hydrophobe est connu depuis 2000 ans en Asie (et c’est pour cela que le lotus est symbole de pureté dans la religion bouddhiste), les recherches approfondies sur cette plante permettent une compréhension du phénomène plus avancée.
A ce stade ont peut imaginer que dans quelques années ces recherches seront applicables de façon industrielles. En tout cas ce que l’on ne peut nier c’est que la recherche dans ce domaine contrairement par exemple à l’étude des séismes qui est purement scientifique, les avancées dans les domaines de l’hydrophobies ont déjà des applications quotidiennes rendant l’exploitation des propriétés de la feuille de lotus viable.
fonctionnement.html
https://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_de_Cassie
http://biomimetismehydropbie.wpweb.fr/i-explication-du-principe-de-la-super-hydrophobie/
https://sites.google.com/site/effetlotusetbiomimetisme/structure-du-lotus
http://www.nanohydrophobie.berlioz.sitew.com/L_Effet_Lotus.B.htm#L_Effet_Lotus.B
https://tel.archives-ouvertes.fr/pastel-00004902/document
Le Biomimétisme 