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Les secrets de l'adhérence de Spiderman

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Nicola Pugno s'est fait connaître il y a quelques années par un article sur l'emploi des nanotubes pour réaliser le rêve d'un ascenseur spatial. Il récidive en explorant la possibilité de grimper aux murs comme Spiderman en employant, là aussi, des nanotubes en carbone. Ceux-ci seraient déposés sur des gants et des bottes imitant les propriétés adhésives des pattes de certains lézards bien connus, les geckos.

Spiderman

Quel enfant n'a jamais rêvé de posséder les pouvoirs d'un des plus célèbres super-héros de Marvel Comics ? C'est peut-être pour cette raison que depuis quelques années, les chercheurs de plusieurs laboratoires ont étudié, et même réalisé, des  dispositifs basés sur les lois de la physique et de la chimie permettant d'adhérer à des surfaces variées.

A chaque fois, il s'agissait d'imiter ce que réalisent déjà différentes espèces vivantes comme les araignées et surtout les geckos. On a vu par exemple, en 2003, un groupe de chercheurs mené par André Geim, de l'Université de Manchester, publier le résultat de leurs travaux sur une sorte de papier scotch recouvert de milliers de filaments en polymères semblables à ceux recouvrant les doigts des geckos.

(Crédit : Telegraph Media Group Limited 2007).

A chaque fois les principes physico-chimiques mis en jeux sont les suivants :

  • des forces de capillarité provenant d'une mince couche d'eau liquide entre l'extrémité des filaments et la surface où ceux-ci adhèrent ; 
  • des forces de Van der Waals, les faibles forces moléculaires d'attraction entre les molécules des filaments et celles composant la surface ;
  • une structure de type Velcro pour les filaments.

Pour chaque filament, la force d'adhésion totale obtenue est bien sûr faible mais additionnée à celles résultant des milliers d'autres utilisés, cela suffit pour permettre de se déplacer sur une paroi.

Le problème que Nicola Pugno, du Politecnico di Torino en Italie, a étudié, et dont il donne une réponse théorique dans J. Phys.: Condens. Matter 19 395001, était de savoir s'il était possible aux dispositifs artificiels basés sur ces principes de supporter non seulement le poids d'un homme mais surtout de lui permettre de se déplacer avec l'aisance de Spiderman.

Un extrait de l'article de Nicola Pugno où l'on peut voir les structures des filaments en nanotubes nécessaires pour des bottes et des gants de Spiderman (Crédit : Nicola Pugno).

En tant qu'expert en physique des nanotubes de carbone, c'est tout naturellement qu'il a étudié la possibilité de réaliser un costume de Spiderman avec des gants et des bottes recouverts de filaments en nanotubes adéquats. Il a alors trouvé que ces nanotubes, épais de 10 nanomètres et de plus invisibles en lumière normale, devaient permettre de réaliser des paires de gants capables de supporter un poids de 1 000 kg et permettant donc en toute sécurité à un homme de grimper aux parois vitrées d'un gratte-ciel !

De plus, le caractère hydrophobe des molécules constituant les nanotubes empêcheraient les gants de se salir tout en permettant à un être humain bien entraîné de les décoller sans trop d'efforts pour se mouvoir sur une surface. Pour être pleinement Spiderman il n'en faudrait pas moins posséder des muscles et un squelette d'exception car les contraintes mécaniques s'exerçant sur un corps grimpant sur un immeuble ne permettent pas à un homme d'accomplir cette prouesse pendant une longue durée et sans risques.

Nicola Pugno est optimiste : on ne devrait pas tarder à réaliser ce genre de costume que l'on ne trouve pour le moment que dans les comics-books. Bien plus, selon lui et toujours avec des nanotubes, c'est la toile de Spiderman qu'on pourrait réaliser. Après les dispositifs d'invisibilité du genre de ceux de Ghost in the shell, à quand des études sur l'armure d'Iron Man dont le film va sortir l’année prochaine ?