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L'effet lotus 2.0 : un revêtement qui repousse l’eau et l’huile

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Des voitures qui ne se salissent plus grâce à un revêtement innovant : c'est la promesse faite par un jeune ingénieur allemand qui a mis au point un matériau à la fois hydrophobe et oléophobe. Reste à en améliorer la formulation pour le rendre commercialisable.

Image de l’effet lotus réalisée par ordinateur. La surface de la feuille est couverte de microstructures de taille comprise entre 1 et 10 microns qui lui confèrent des propriétés superhydrophobes. © William Thielicke

Le ministère fédéral de l'Éducation et de la Recherche en Allemagne vient d'octroyer à un jeune ingénieur au département Microstructure du Karlsruhe Institute of Technology (KIT) un fonds de 2,85 millions d'euros pour l'aider à poursuivre ses travaux de développement de matériaux fluoropores. Ces matériaux pourraient servir de revêtement autonettoyant car aussi bien l'eau que l'huile s'écoulent sur leur surface sans les pénétrer.

Depuis le milieu des années 1990, des chercheurs s'inspirent de la nature pour concevoir des matériaux dits superhydrophobes. Quelques insectes et de nombreuses plantes, en effet, présentent la caractéristique de repousser les gouttes d'eau qui tombent sur leur peau ou sur leurs feuilles. Ce phénomène est connu sous le nom d'effet lotus, en lien avec l'aspect immaculé des feuilles de cette fleur sacrée en Inde. Cet effet résulte de la composition chimique de la surface ainsi que de sa rugosité nanométrique qui empêche les gouttes d'eau d'adhérer. Celles-ci roulent alors en emportant toutes les poussières avec elles.

L'ennui, c'est que l'effet lotus ne s'applique pas à l'huile. « Pour être oléophobe, une surface doit avoir une structure chimique différente de celle de la feuille de lotus. Une structure semblable à celle des fluoropolymères », explique Bastian Rapp. Les fluoropolymères sont des plastiques haute performance bâtis sur de multiples liaisons fortes carbone-fluor. Ils résistent à la chaleur, aux solvants, aux acides et aux bases et sont particulièrement stables chimiquement. Le Teflon qui donne à nos poêles leurs caractéristiques anti-adhésives en est un bel exemple.

Le matériau fluoropore repousse aussi bien l’eau (à gauche) que l’huile (à droite). Les gouttes restent presque sphériques. La surface de contact est très faible. Les gouttes n’adhèrent pas au support et ne le mouillent pas. © KIT/Rapp

Un effet lotus 2.0

En combinant les propriétés chimiques des polymères fluorés à la rugosité des feuilles de lotus, il devenait possible de concevoir un matériau à la fois hydrophobe et oléophobe. Voilà ce qu'est parvenu à faire le jeune ingénieur en mécanique du KIT. En laboratoire, il a réussi à produire des surfaces super-répulsives vis-à-vis de l'eau comme de l'huile, qualité qu'il a désignée sous le nom d'« effet lotus 2.0 ». Seul souci : une stabilité insuffisante. Son matériau s'est en effet révélé particulièrement sensible à l'abrasion.

Pour envisager des applications pratiques, Bastian Rapp devra donc développer une nouvelle gamme de matériaux plus robustes, baptisés fluoropores. Le jeune ingénieur du KIT compte pour cela sur une équipe pluridisciplinaire de spécialistes en génie des procédés, en chimie organique et en chimie des matériaux ainsi que sur les importants moyens d'analyse et de structuration dont dispose le KIT.

De tels revêtements innovants pourraient servir à peindre des murs sur lesquels plus aucun tag ne prendrait. Utilisés pour recouvrir les vitres des voitures, ils empêcheraient l'eau de s'y condenser et le gel de s'y former. À une autre échelle, éloignée du quotidien, ils permettraient l'élaboration de nouveaux écrans filtrants à pores fins, ceux-là mêmes dont la chimie et la structure permettent de séparer eau et hydrocarbures dans l'industrie de transformation.

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