Le gallium appartient à la famille des métaux pauvres. Des scientifiques allemands espèrent exploiter sa température de fusion basse pour en faire un adhésif réversible efficace et utilisable à l’infini. © foobar, Wikipédia, CC by-sa 3.0

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Grâce au gallium, l'adhésif du futur se décollera à volonté

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Et si les adhésifs du futur présentaient un reflet métallique ? C'est ce que proposent des chercheurs allemands. Ils sont parvenus à en concevoir un qui soit réversible grâce au gallium. Ils envisagent déjà de l'utiliser dans des situations aussi diverses que la manipulation d'échantillons biologiques sensibles ou celle de pièces industrielles délicates.

Le gallium a ceci de particulier qu'il présente une température de fusion (passage de l'état solide à l'état liquide) extrêmement basse. Ainsi, en dessous de 30 °C, le gallium est un métal solide. Au-dessus, il devient liquide. Des chercheurs du Max Planck Institute for Intelligent Systems de Stuttgart (Allemagne) ont exploité cette propriété étonnante pour produire un adhésif réversible. En faisant varier légèrement la température du gallium autour de 30 °C, ils ont été capables de contrôler son pouvoir adhésif.

Car, en théorie, il suffit de glisser une goutte de gallium entre deux objets et de la refroidir légèrement en dessous de 30 °C pour qu'elle se solidifie et forme un point de colle entre les objets. Pour les séparer, il suffit alors de chauffer le gallium, un peu au-dessus de 30 °C, pour que celui-ci reprenne sa forme liquide. Dans leurs expériences, les chercheurs allemands ont déposé du gallium liquide sur la pointe d'une tige d'élastomère de 2 millimètres de diamètre. Puis, ils ont mis cette pointe au contact de différents matériaux comme du verre, du plastique et de l'or. Résultat : refroidi à 23 °C, le gallium a formé un lien solide entre l'élastomère et chacun des matériaux testés.

Les chercheurs du Max Planck Institute ont également testé le gallium sur des surfaces rugueuses et/ou humides. En effet, les adhésifs réversibles micro- ou nanostructurés développés récemment ont bien du mal à faire leurs preuves sur ces surfaces ; leur pouvoir d'adhésion met à mal leur réversibilité. Cependant, cela n'est pas le cas du gallium. Les chercheurs allemands ont pu montrer que son efficacité, tant en matière d'adhésion que de réversibilité, même si elle est légèrement réduite, reste amplement suffisante pour envisager bien des applications.

Les chercheurs du Max Planck Institute ont utilisé du gallium pour saisir une sphère de verre à l’aide d’un poinçon mobile. Lorsque la goutte de gallium vient à toucher le verre, les chercheurs refroidissent le métal afin qu’il se colle à lui. Pour reposer la sphère de verre, il suffit ensuite de chauffer le gallium à nouveau. © Max Planck Institute for Intelligent Systems

Déplacer des organes humains ou des composants fragiles

Ces performances pourraient faire du gallium l'adhésif idéal pour des applications biologiques. Les chercheurs imaginent déjà l'utiliser pour déplacer des cellules, des échantillons de tissus ou même des organes, en laboratoire ou au sein des hôpitaux.

Le gallium pourrait également servir dans l'industrie, notamment lorsqu'il s'agit de manipuler des composants fragiles, comme de minuscules puces électroniques ou des membranes en graphène ultra-fines. Ces composants pourraient être attrapés à l'aide de pinces enduites de gallium puis déposés à l'endroit utile. Ce procédé d'assemblage est connu sous le nom de pick-and-place et se pratique aujourd'hui, de façon bien moins délicate et beaucoup plus énergivore, grâce à l'aspiration sous vide.

Créer des robots escaladeurs

Pour obtenir le chauffage et le refroidissement rapide nécessaire au succès de leurs expériences, les chercheurs allemands ont eu recours à un module à effet Peltier. Ce type d'équipement est capable de libérer ou d'absorber de la chaleur en présence d'un courant électrique. Cependant, si dans le futur le gallium doit servir d'adhésif réversible pour des applications pratiques, il faudra envisager d'autres solutions : un rayonnement infrarouge, peut-être, ou l'intégration d'un câblage permettant de chauffer la surface par effet Joule. De quoi imaginer encore des robots grimpant aux pales d’une éolienne (pour des besoins de maintenance) à la seule force d'un adhésif réversible au gallium.

Autre caractéristique importante concernant les applications pratiques envisageables : la possibilité de réutiliser cet adhésif à l'infini. Les bons adhésifs, en effet, sont généralement difficiles à éliminer des surfaces qu'ils ont collées. Le gallium, quant à lui, forme une fine couche d'oxyde au contact de l'air qui permet de faciliter son élimination.

Reste toutefois aux chercheurs allemands à compléter leurs études en travaillant sur d'autres géométries et d'autres échelles de grandeur afin d'optimiser la technique. Ils imaginent également étudier le comportement d'alliages du gallium (avec l'indium, par exemple), tout en veillant toujours à ce que la température de fusion reste proche d'une température ambiante.

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