1) Phénomène de l’hyper-hydrophobie

1.1) Différence entre hydrophile et hydrophobe

Nous pouvons estimer si une surface est hydrophile ou hydrophobe à partir  de la mouillabilité d’une goutte d’eau sur une surface. Le mouillage d'un liquide sur un solide désigne d'une part la forme que prend le liquide à la surface du solide et la façon dont il se comporte lorsqu'on essaie de le faire couler. Ainsi l’angle de contact entre en jeu. 

 Le phénomène de l’hydrophilie : Un composé hydrophile  est un composé ayant une affinité pour l'eau et une tendance à s'y dissoudre. Plus une surface est hydrophile plus l’angle de contact d’une goutte à sa surface sera minime. Ce phénomène de l’hydrophilie se caractérise par un angle de contact de la goutte à sa surface inférieur a 90°.

 Le phénomène de l’hydrophobie (hydro=eau, phobie=peur) est le contraire d’un composé hydrophile. Un matériaux hydrophobe repousse les substances liquides avec un angle de contact maximal. Un composé est dit hydrophobe si l’angle de contact d’une goutte à sa surface est supérieur a 90°. À noter que les produits hydrophobes sont souvent lipophiles et non solubles dans l’eau. La goutte d’eau garde sa forme sphérique au contact avec la surface hydrophobe et donc roulent sur les nanocristaux.

     Remarque: il existe aussi des surfaces superhydrophobe ou l’angle de contact est supérieur à 150°. La structure nanocristalline de la feuille rend celle-ci superhydrophobe.

 Ainsi la feuille de lotus avec un angle de contact supérieur à 150° est  un phénomène de superhydrophobie.

images-angle-de-contact-2.png
 

figure a: une goutte d'eau sur une surface hydrophobe

figure b: une goutte d'eau sur une surface hydrophile 

Finalement la feuille de lotus est imperméable. Cette propriété est due grace aux nanocristaux de cire qui recouvrent la surface des feuilles. Ainsi le contact entre la goutte et la feuille est minimisé.

1.2) Tension superficielle

La tension superficielle est une force physique qui s’applique a tous les liquides. Elle maintient la cohésion des molécules d’un liquide jusqu'à un certain volume, (pour l’eau le volume maximal : 0,020ml = une goutte). Elle existe au niveau de toutes interfaces entre deux milieux différents (exemple : solide/liquide, liquide/gaz, solide/gaz).                                               

Elle est appelée aussi tension de surface ou énergie de surface. Donc c'est cette force, la tension superficielle, qui permet a la goutte d’eau de ne pas s’étaler sur une feuille, ou à certains insectes de marcher sur l’eau.

Elle s’apparente aussi a la fine membrane présente à la surface d’un liquide telle cette forme bombée que prend l'eau dans un verre remplit a ras bord qui est la force de capillarité. Remarque : Le phénomène de la capillarité désigne ordinairement la capacité de l’eau et de certains liquides à monter naturellement malgré la force de gravité le long de tubes très fins plongés dans ces liquides. La remontée est d’autant plus forte que le tube est fin.

tension-superficielle-1.jpg

Ainsi tous les liquides prennent une forme géométrique sphérique car celle-ci limite le nombre de contact au maximum avec la surface. Cependant la tension superficielle est une force qui varie en fonction du liquide, (exemple : miel, eau, chlore…). Ce n’est donc pas une constante. 

tableau-2.png

Unité de mesure : L’unité de mesure de la tension superficielle est le newton par mètre (N/m) qui est équivalent aux joules par mètre carré (J/m).

 

Calcul de la tension superficielle :    γ = f/l

 Avec γ : la tension superficielle en N/m ; :la force en newton ; : longueur la longueur de cet objet en mètre.

 

Remarque : La tension superficielle dépend aussi directement de la température du liquide. En effet celle-ci diminue avec l’augmentation de la température. 

 

Exemple de l’eau :

Les molécules d’eau sont attires entre elles. L’énergie moléculaire sont donc uniquement en direction de l’intérieur et donc cela forme des gouttes d’eau. (La sphère étant la forme de surface la plus petite possible).

-Si l’on place cette goutte d’eau sur un support a faible énergie de surface ou a faible tension superficielle, les forces d’attractions internes de la goutte seront plus fortes et elle aura donc un minimum de contact avec le support en question par exemple un film plastique.

untitled-1.png

-Si au contraire on place cette goutte d’eau sur un support a forte énergie de surface par exemple le verre, les forces intérieurs qui forment la structure de cette goutte et auront tendances a être contrebalancés. La goutte sera donc plus aplatie sur ce matériau et ceci s’explique par le phénomène de mouillabilité. 

 Remarque : si on utilise une autre substance que l’eau comme par exemple une goutte d’alcool, et qu’on la verse sur un film plastique a faible énergie de surface cette goutte s’aplatira. (le matériau réussira a être prépondérant sur le forces internes de cette goutte et celle ci s’étalera. L’alcool a donc différentes propriétés que l’eau.)

 

1.3) Composition et caractéristiques de la feuille

Connues pour leurs beautées et puretées, les feuilles de lotus ont une étonnante capaticité a rester propres. Les gouttes d'eau ou autres liquides qui tomberaient dessus ne peuvent mouiller leur surface. Elle se mettent instantanément en forme de billes et roulent, emportant avec elles toute trace de saletés et de contamination organique.

 Le lotus est une plante chlorophyllienne, elle absorbe du dioxyde de carbone  (CO2) pour ainsi créer de l’oxygène (O2) indispensable a tout forme de vie sur terre.

Pour etre apte a pratiquer ce phénomène, la feuille de lotus doit rester propre pour ne pas obstruer la sortie de l’oxygène. Comme elle vie pour beaucoup dans des zones marécageuse, ou elle est constamment aspergé de poussière, cette plante a donc élaboré une technique implacable pour enlever les impuretés qui l’asperge tous les jours. En effet, les feuilles de lotus ont développées à leur surface une multitude de petites structures superhydrophobes, autonettoyantes et imperméables accompagnée d’une cire, qui elle aussi, repousse l’eau.

Observé au microscope, on apercoit que les feuilles sont composés d 'une multitude de petites bosses qui vise a limiter le contact entre l'eau et la feuille. Nous savons que la feuille de Lotus doit ces propriétés à une structure à deux niveaux: des rugosités de taille micrométriques et un tapis de poils nanométriques ainsi qu'à une composition chimique de la surface proche de la cire.

 Cette rugosité micrométrique a été decouverte en Amérique dans les années 1970. Cette propriété existe aussi chez le chou, chez les feuilles de capucines et chez les nénuphars, mais en moindre mesure.

rugosite-nanometrique.jpeg

Créer un site gratuit avec e-monsite - Signaler un contenu illicite sur ce site