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Physique : les secrets des surfaces hydrophobes

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Il a fallu des années de recherche et les rayons X pour visualiser la couche de molécules d'eau sagement étalée sur une surface hydrophobe...

Sous le rayonnement X, la goutte d'eau apparaît comme attachée à la surface hydrophobe par une couche ultrafine, de l'épaisseur d'une seule molécule d'eau. Crédit : University of Illinois at Urbana-Champaign

Quand une goutte d'eau glisse sur une surface hydrophobe, c'est qu'elle n'adhère pas. Les physiciens ne se contentent pas de cette réponse trop simple et certains, depuis des années, cherchent à savoir ce qui se passe, à l'échelle des molécules, entre la surface solide et l'eau.

Longtemps, la balle est restée dans le camp des théoriciens. Selon eux, au voisinage de la surface hydrophobe, les molécules d'eau s'organisent en une couche fine, où les molécules sont plus éloignées les unes des autres que dans le reste du liquide.

Des expériences avaient déjà tenté de vérifier cette idée mais les différents résultats étaient contradictoires. Parfois seulement, ils confirmaient la thèse de la couche mince. Certaines expériences semblaient même montrer qu'il se formait sur la surface des bulles minuscules séparées par des zones de contact entre l'eau et la surface.

Une équipe américaine menée par Steve Granick (université de l'Illinois) pourrait avoir définitivement résolu l'énigme. L'expérience a consisté à mesurer la réflectivité du rayonnement X d'un synchrotron au niveau du contact entre l'eau et une surface parfaitement hydrophobe (à base de silane).

Une couche mince a été mise en évidence, épaisse de 2 à 4 angströms, soit l'épaisseur d'une molécule d'eau. La densité d'électrons y est 40 % inférieure à celle de l'eau libre. Cette couche se forme même en l'absence d'air dissout dans l'eau et, s'appuyant sur d'autres détails, les auteurs affirment qu'il faut oublier l'hypothèse des nanobulles d'air.

Un petit mystère de la Nature est donc levé. Sur un ciré, une couche monomoléculaire d'eau recouvre le vêtement, les autres molécules glissent...

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