Effet Lotus

Effet Lotus

Effet lotus

Page d'aide sur l'homonymie Pour les articles homonymes, voir Lotus.
Image générée par ordinateur de l'effet lotus avec deux gouttes d'eau reposant sur les micro-structures
Eau s'écoulant à la surface d'une feuille de lotus

L'effet lotus est un phénomène de superhydrophobie causé par une rugosité nanométrique. Son nom provient du lotus sacré (Nelumbo nucifera), dont les feuilles présentent cette caractéristique. Dautres plantes, comme les feuilles de capucine (Tropaeolum), de chou, de roseau (Phragmites) ou de l'ancolie, et certains animaux, notamment des insectes, montrent le même comportement. L'effet lotus confère à la surface des capacités autonettoyantes : en s'écoulant, les gouttes d'eau emportent avec elles les poussières et particules. La faculté dauto-nettoyage des surfaces hydrophobes à structure microscopique et nanoscopique a été découverte dans les années 1970 et son application aux produits biomimétiques remonte au milieu des années 1990.

Sommaire

Principe de fonctionnement

Feuilles de lotus sous la pluie
A la surface des feuilles de lotus se forment des gouttes d'eau brillantes et argentées (milieu de la photo), les feuilles du nénuphar (nymphéa) (à l'avant de la photo) sont complètement mouillées.

En raison de leur haute tension superficielle, les gouttes deau ont tendance à rétrécir leur surface et par conséquent à atteindre une forme sphérique. Au contact dune surface, les forces dadhérence des gouttes à la surface sont telles, quelles conduisent à lhumectage de celle-ci. En fonction de la texture de la surface et selon la tension superficielle des gouttes du liquide, on peut trouver un humectage complet comme un humectage partiel.

Différence entre une surface de verre normale et une surface de verre hydrophobe

Lorigine de lauto-nettoyage réside dans une double structure hydrophobe (= qui nabsorbe pas leau) de la surface. Grâce à celle-ci, la surface de contact, et avec elle la force dadhérence entre surface et particules de saleté ou bien eau, est si réduite, que cela aboutit à un auto-nettoyage.

Cette double structure est formée dun épiderme de forme caractéristique, dont la couche extérieure sappelle la cuticule, sur laquelle repose une couche de cire. Lépiderme du Lotus forme des papilles de 10 à 20 microns de hauteur et éloignées les unes des autres de 10 à 15 microns, sur lesquelles reposent les soi-disantes cires épicuticulaires. Cette couche de cires est hydrophobe et forme la deuxième partie de la double structure.

De cette facon leau ne peut plus parvenir jusque dans les interstices de la surface de la feuille, ce qui a pour conséquence que les points de contact entre eau et surface sont diminués de façon drastique.

Lhydrophobie des surfaces est déterminée par langle de contact. Plus cet angle de contact est grand, plus la surface est hydrophobe. Les surfaces avec un angle de contact inférieur à 90° sont qualifiées dhydrophiles, celles dont langle de contact est supérieur à 90° dhydrophobes.

Animation de simulation de l'effet lotus par ordinateur

Chez quelques plantes langle de contact peut atteindre jusquà 160° (superhydrophobie). Ce qui signifie que seulement environ 2 à 3 % de la surface des gouttes se trouvent en contact avec la surface de la plante, laquelle possède alors une capacité d'humectage extrêmement réduite. Par leur double structure, les feuilles du Lotus peuvent atteindre un angle de contact denviron 170° par lequel une goutte deau a une surface de contact de seulement environ 0,6%. Ladhérence entre la surface de la feuille et la goutte deau est alors si tenue, que leau peut légèrement ségoutter en perlant. Les particules de saletés qui se se trouvent sur le dessus de la feuilleet qui ne possèdent également quune petite surface de contactsont alors détachées et expulsées. Même les particules de saleté hydrophobes sont expulsées de la surface de la plante puisque leur adhérence à la surface de la plante est moindre que celle à la goutte deau.

La tension superficielle des solutions aqueuses étant dune signification primordiale pour la réduction de la surface de contact, on comprend bien que lauto-nettoyage sous cette forme ne peut pas se produire dans le cas de solvants fortement adhérents, cest-à-dire que de telles surfaces ne constituent pas de protection contre les graffiti.

Pour la plante, la signification biologique de cet effet auto-nettoyant réside en la protection contre une colonisation par des microorganismes, des agents pathogènes ou bien des germes comme les champignons ou encore la prolifération dalgues.

Il en va de même façon pour les animaux comme les papillons, les libellules et autres insectes qui narrivent pas à nettoyer toutes les parties de leur corps à laide seule de leurs pattes.

Une autre action positive de lauto-nettoyage est de prévenir la salissure qui pourrait empêcher la pénétration de la lumière, et avec elle la photosynthèse, et pourrait aussi obstruer les stomates.

Utilisation industrielle

Dans le cas dauto-nettoyage par des surfaces microscopiques et nanoscopiques superhydrophobes, il sagit dun phénomène purement chemico-physique que lon peut appliquer de facon biomimétique à des surfaces techniques. Le premier produit commercial a été en 1999 la peinture auto-nettoyante pour façades (Lotusan®). Entre-temps il existe avec ce seul produit environ 50 000 bâtiments de par le monde qui ont été enduits derevêtements-Lotus”.

Les verres auto-nettoyants daprès le principe du lotus de la société Ferro GmbH constituent un autre domaine dutilisation: ils ont été installés dans les capteurs optiques situés aux péage des autoroutes allemandes. La Société EVONIK AG a, quant à elle, développé des prototypes de laques et de matières plastiques.

Une entreprise textile italienne a appliqué le principe du effet lotus à de tissus.[1]

La publicité utilise souvent à dessein la dénomination mensongèreeasy to clean “ (facile à nettoyer) pour des surfaces qui nont rien à voir avec les surfaces auto-nettoyantes daprès le principe du Lotus.

Historique

Bien que le phénomène de lauto-nettoyage du lotus soit connu en Asie depuis au moins 2000 ans (le lotus est entre autres le symbole de la pureté dans la religion bouddhique), ce nest que depuis le début des années 70 avec lintroduction du microscope électronique que le phénomène lotus a été étudié par le botanniste Wilhelm Barthlott (Barthlott et Ehler, 1977; Barthlott et Wollenweber, 1982; Barthlott, 1992). À lorigine, les travaux ont été surtout conduits sur la capucine. La première analyse scientifique fondamentale eu lieu sur les feuilles de lotus (Barthlott et Neinhuis, 1997). Dans le milieu des années 1990 ces deux auteurs réussirent également la première transposition sur des prototypes techniques et les premières coopérations industrielles virent le jour. Les procédés sont brevetés. Depuis la fin des années 1990 ce sont avant tout des scientifiques en physique et science des matériaux qui ont exploré ce phénomène de façon intensive et il existe entre-temps une littérature extrêmement importante ainsi que des douzaines de brevets qui découlent du brevet Lotus-Effekt®.

Pour le décodage du principe de fonctionnement des surfaces auto-nettoyantes du lotus et son application en matière de produits techniques, les travaux de Wilhelm Barthlott ont été récompensés par de nombreux prix (Prix Karl-Heinz Beckurt en 1997, nomination pour lePrix allemand du Président de la Républiqueen 1998, Prix de la recherché de la Fondation Philip Morris en 1999, Prix allemand de lenvironnement en 1999, Prix de lInnovation du Ministére Fédéral de lEducation et de la Recherche en 2005 entre autres).

Littérature

  • Barthlott, W. & Ehler, N. (1977): Raster-Elektronenmikroskopie der Epidermis-Oberflächen von Spermatophyten. Trop. subtrop. Pflanzenwelt 19, Akad. Wiss. Lit. Mainz. F. Steiner Verlag, Stuttgart, 110
  • Barthlott, W. (1990): Scanning electron microscopy of the epidermal surface in plants. In: Claugher, D. (ed.) Application of the scanning EM in taxonomy and functional morphology. Systematics Association's Special Volume. Clarendon Press, Oxford, 69-94
  • Barthlott, W. & Neinhuis, C. (1997): Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces. Planta 202, 1-8
  • Cerman, Z., Stosch, A. K. & Barthlott, W. (2004): Der Lotus-Effekt®. Selbstreinigende Oberflächen und ihre Übertragung in die Technik. Biologie in unserer Zeit 5: 290-296
  • Forbes, P. (2005): The Geckos Foot, Bio-inspirationEngineering New Materials and devices from Nature. Fourth Estate, London, 272 p
  • Forbes, P. (2008): Self-Cleaning Materials. Scientific American, Vol. 299 No. 2, 67-75
  • Guillot, A., Meyer, J.-A. (2008): La bionique - Quand la science imite la Nature, Dunod, Paris (ISBN 978-2-10-050635-4)
  • Herminghaus, S. (2000): Roughness-induced non-wetting. Europhysics Letters 52, 165-170
  • Koch, K., Bhushan, B. & Barthlott, W. (2008): Diversity of structure, Morphology and Wetting of Plant Surfaces. Soft matter, in press
  • Lafuma, A. & Quéré, D. (2003): Superhydrophobic states. Nature Materials 2, 457-460
  • Neinhuis, C. & Barthlott, W. (1997): Characterization and distribution of water-repellent, self-cleaning plant surfaces. Annals of Botany. 79, 667-677
  • Reyssat, M., Quéré, D. (2006): L'effet lotus. Pour la science, septembre 2006, 34-40
  • Solga, A., Cerman, Z., Striffler, B. F., Spaeth, M. & Barthlott, W. (2007): The dream of staying clean: Lotus and biomimetic surfaces. Bioinspiration & Biomimetics 2, 1-9
  • von Baeyer, H. C. (2000): The Lotus Effect. The Sciences, 12-15

References

  1. Lot'o'Dry, Effet lotus pour tissus mode

Liens externes

Commons-logo.svg

  • Portail de la botanique Portail de la botanique
  • Portail de la physique Portail de la physique
Ce document provient de « Effet lotus ».

Wikimedia Foundation. 2010.

Contenu soumis à la licence CC-BY-SA. Source : Article Effet Lotus de Wikipédia en français (auteurs)

Игры ⚽ Поможем решить контрольную работу

Regardez d'autres dictionnaires:

  • Effet lotus — Pour les articles homonymes, voir Lotus. Image générée par ordinateur de l effet lotus avec deux gouttes d eau reposant sur les micro structures …   Wikipédia en Français

  • Lotus Magnolia — Lotus sacré Pour les articles homonymes, voir Lotus …   Wikipédia en Français

  • Lotus Sacré — Pour les articles homonymes, voir Lotus …   Wikipédia en Français

  • Lotus de l'Inde — Lotus sacré Pour les articles homonymes, voir Lotus …   Wikipédia en Français

  • Lotus des Indes — Lotus sacré Pour les articles homonymes, voir Lotus …   Wikipédia en Français

  • Lotus sacre — Lotus sacré Pour les articles homonymes, voir Lotus …   Wikipédia en Français

  • Lotus sacré — Pour les articles homonymes, voir Lotus …   Wikipédia en Français

  • Lotus (plante) — Pour les articles homonymes, voir Lotus. Nom vernaculaire ou nom normalisé ambigu : Le terme « Lotus » s applique en français à plusieurs taxons distincts …   Wikipédia en Français

  • Lotus — Cette page d’homonymie répertorie les différents sujets et articles partageant un même nom. Sur les autres projets Wikimedia : « Lotus », sur le Wiktionnaire (dictionnaire universel) Automobile Team Lotus : écurie automobile… …   Wikipédia en Français

  • Lotus-Effekt — Als Lotuseffekt, auch Lotoseffekt, wird die geringe Benetzbarkeit einer Oberfläche bezeichnet, wie sie bei der Lotospflanze beobachtet werden kann. Wasser perlt in Tropfen ab und nimmt dabei auch alle Schmutzpartikel auf der Oberfläche mit.… …   Deutsch Wikipedia

Share the article and excerpts

Direct link
https://fr-academic.com/dic.nsf/frwiki/567209 Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”