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Une colle inspirée des pattes de grenouille

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En regardant de plus près les pattes d'amphibiens et d'insectes capables de se déplacer sur des surfaces verticales, des chercheurs indiens ont pu créer un adhésif d'un nouveau genre, rendu trente fois plus efficace grâce à quelques canaux internes...

Dans la patte du criquet réside le secret de son pied de nez à la gravité : les microcanaux, que les chercheurs indiens ont imités. © A. Majumder, A. Ghatak, A. Sharma

Abhijit Majumder vit en Inde et là-bas, on voit des grenouilles courir le long des troncs, aussi agilement que nos écureuils. Mais les amphibiens, eux, n'ont pas de griffes. Le chercheur indien a aussi été intrigué par d'autres animaux, des criquets notamment, qui se déplacent à la verticale aussi facilement qu'à l'horizontale. Sous leur pattes, il y a une sorte de colle, mais aux propriétés extraordinaires. « Non seulement ces adhésifs sont très puissants mais ils peuvent aussi être détachés rapidement et réutilisés encore et encore. Ils sont autonettoyants et  ne laissent aucune trace » s'émerveille-t-il dans un article publié dans Science, avec ses collègues Animangsu Ghatak et Ashutosh Sharma.

On sait que les geckos, des petits lézards très doués pour chasser les insectes sur les murs et même les plafonds, s'agrippent à l'aide minuscules poils, aux extrémités extrêmement ramifiées, dont la petitesse exploitent les forces agissant au niveau atomique (les forces de van der Walls).
Mais Abhijit Majumder est persuadé qu'au moins dans le cas des grenouilles et des criquets, les phénomènes en jeu à la surface ne sont pas seuls en cause. Dans l'épaisseur de la peau, des structures doivent aussi entrer en jeu. La morphologie complexe que l'on y observe, expliquent les chercheurs, utilise des forces d'adhésion par viscoélasticité (comme les adhésifs conçus par l'homme) mais aussi par succion, friction et interactions moléculaires.

Créer des discontinuités

Ces scientifiques ont su s'en inspirer pour mettre au point une méthode améliorant considérablement l'adhérence. Des études sur des adhésifs artificiels avaient déjà montré l'importance des discontinuités. Lorsque l'on tire sur le bord d'une bande adhésive, les deux surfaces collées se déforment et il se crée de minuscules zones de rupture à l'interface. Ces déchirures se propagent rapidement entre les deux surfaces collées, réduisant considérablement l'adhérence. Mais elles sont facilement arrêtées par des discontinuités dans la surface.

L’élastpomère est posé sur une surface dure. A l’intérieur, il recèle un réseau de canaux microscopiques emplis d’air ou d’huile. Grâce à eux, le film appliqué sur l’élastomère colle mieux. La grenouille et le criquet, paraît-il, le savent déjà… © A. Majumder, A. Ghatak, A. Sharma

Les dispositifs inventés par la nature feraient appel à cet effet. C'est lui que sont parvenus à imiter les trois chercheurs indiens. A l'intérieur d'un élastomère, de minuscules canaux, microscopiques, ont été créés, contenant simplement de l'air ou un liquide visqueux. Un film plastique très fin a ensuite été appliqué sur l'élastomère. La force nécessaire à son décollement (en le tirant par une extrémité, comme on décolle une bande adhésive) a ensuite été mesurée.

Résultat : ces minuscules petits canaux multiplient par trente la force adhésive. Les petits bombements imposés au film par des canaux créent des discontinuités qui interrompent la propagation des déchirures à l'interface entre le film et l'élastomère lorsque l'on tire sur un bord du film. Les chercheurs ont pu tester l'efficacité de différents motifs de canaux et vérifier que ces structures internes améliorent aussi la possibilité de réutilisation (décollements et recollements successifs). Selon les trois scientifiques, c'est une des astuces des grenouilles grimpeuses...