La peau des requins est constituée de rainures microscopiques qui provoquent des tourbillons autour de l'animal, qui pénètrent dans des micro-rainures : c'est l'effet Riblet. Cette structure réduit la résistance et le frottement par rapport à l'eau.
Ces denticules maintiennent l'eau au plus près du requin. Elle est forcée de pénétrer dans des sortes de gouttières, puis elle s'écoule de façon laminaire et n'exerce plus de turbulences.
D'après Georges Lauder, de l'université d'Harvard, les écailles ne réduisent pas seulement la traînée aérodynamique mais exercent une poussée sur l'eau grâce aux minuscules tourbillons. Ceci a pour effet d'améliorer la vitesse du requin.
Appliquer ce revêtement pourrait empêcher la salissure, et les organismes vivants de s'accrocher aux coques des bateaux, tout en remplaçant les peintures à base d'étain, toxiques pour le milieu marin. Seul problème : ce revêtement serait très difficile à entretenir.
Speddo s'est inspiré de la peau du requin pour fabriquer des combinaisons de natation (Fatskin) qui, d'après Harvard, sont encore loin d'égaler la peau du requin. Cependant, ses grandes performances lui ont valu d'être interdite aux Jo de Pékin en 2008.
Airbus a étudié ces riblets (microsillons) de la peau des requins. Les ingénieurs d'Airbus s'en sont inspirés pour l'A320 : 70% de la surface d'un avion pourrait en être recouverte, permettant une diminution de la consommation de carburant. Mais ceci reste difficile à mettre en œuvre.
Un requin peu turbulent
La peau du requin est un excellent revêtement : il est très aérodynamique. Pourtant, la peau du requin n'est pas lisse. Elle est constituée de denticules cutanés (c'est-à-dire situés sur la peau). Cela va à l'encontre de l'idée qu'une surface doit être lisse pour être le plus aérodynamique possible.
Le lotus est
une plante dite "super-hydrophobe", il est difficile à mouiller et repousse l'eau.
Le lotus a tellement peur de l'eau que le phénomène de super-hydrophobie est surnommé "Effet Lotus".
Le lotus a, en vérité, une double structure hydrophobe. La première concerne les nanorugosités, la seconde est due à une couche de cire, sur les nanorugosités.
Cet effet, appliqué à diverses surfaces, permettrait d’économiser de l’eau et des produits nettoyants, et permettrait notamment d’éviter aux réacteurs et aux ailes des avions de geler.
Le MIT (Massachusetts Institute of Technology) de Boston et de Cambridge ont mis au point le matériau le plus étanche au monde, inspiré des surfaces hydrophobes des feuilles de capucine et des ailes de papillon.
Donc une surface peut être surperhydrphobe grâce une couche de graisse, ou à une surface rugueuse, ou bien les deux comme la feuille de lotus.
L'effet lotus
Le mouillage d’un matériau dépend de l’angle de contact entre une goutte d'eau et ce matériau. L'angle de contact est l'angle avec lequel la goutte touche le solide.
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Lorsque l'angle est supérieur à 150°, la surface est superhydrophobe.
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Lorsqu'il est compris entre 120° et 90°, la surface est hydrophobe.
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Lorsque l'angle de contact est inférieur à 90°, la surface est hydrophile.
Si le liquide s’étale sur une surface, alors il mouille parfaitement.
Il existe d'autres surfaces superhydrophobes, notamment chez certains insectes, sur les plumes d’oiseaux, feuille de capucine, chou, roseau….
L’effet lotus désigne un phénomène de superhydrophobie. Le lotus est une plante semi-aquatique dont les feuilles, qui restent en surface avec les fleurs de lotus, sont hydrophobes : c’est-à-dire qu’elles repoussent les gouttelettes d’eau. Le phénomène de superhydrophobie est causé par une rugosité nanométrique.
Les feuilles de lotus ont une capacité d’autonettoyage, qui prévient de la salissure. En effet, les gouttes d’eau glissent sur la surface, mais ne la mouillent pas. En roulant sur les feuilles, les gouttes d’eau emportent avec elles les salissures, poussières et autres micro-organismes. La salissure peut empêcher la pénétration de la lumière et, par conséquent, gêner la photosynthèse.
L’effet autonettoyant est causé par les nanorugosités, ces dernières limitent le nombre de points de contacts entre la goutte d’eau et la surface de la feuille de lotus. La superhydrohpobie est également causée par une forte tension superficielle. La tension superficielle est une force à la surface d’un liquide située au niveau de l’interface, et dirigée vers l’intérieur de la goutte. L’interface est la surface de contact entre deux milieux différents. La tension superficielle est présente dès la création de l’interface.
Dans des liquides, comme l’eau, les molécules exercent entre elles des forces d’attraction et de répulsion. Cet effet autonettoyant est déjà appliqué pour les vitres et peintures extérieures, capteurs optiques...
Avec une haute tension superficielle, les gouttes gagnent une forme sphérique.
La tension superficielle
Il s’agit d’une force qui se crée entre deux milieux (l’interface). Elle est due à l’augmentation de l’énergie à l’interface, ce qui permet aux gouttes d’eau de ne pas mouiller la feuille de lotus, à un insecte ou une aiguille de flotter à la surface de l’eau.
Interview...
Surfaces et matériaux
Dans cette partie, nous allons parler de deux surfaces : la peau du requin et la feuille de Lotus. Ces deux surfaces ont des propriétés particulières grâce aux matériaux qui les constituent.
Un matériau est une substance utilisée pour la construction d'objets, c'est la matière de base pour constituer quelque chose.
Nous avons choisi cette troisième partie pour montrer que l’imitation de la nature ne s'arrête pas à l'échelle macroscopique, mais continue jusqu'à l'échelle du nanomètre. Il est vrai que la peau du requin aurait pu être traitée dans la partie "Profil".
La nature regorge de surfaces aux propriétés exceptionnelles, que l'Homme essaye de transposer dans ses moyens de transport.
Il arrive que l'Homme ait trouvé une surface très hydrodynamique (ou aérodynamique) dans la nature, et ait réussi à l'imiter.
Mais il ne l'a pas encore transposée dans ses moyens de transport.