I)Le principe de super-hydrophobie
un matériau super-hydrophobe est un matériau dont il est extrêmement difficile de mouiller la surface (avec de l'eau ou a priori n'importe quel liquide). Cette propriété est une propriété physique (contrairement a l'hydrophobie, qui elle est chimique).
Cette propriété est décrite par la loi de Cassie qui indique que si l'angle de contact du liquide avec la surface est supérieur à 150°, le liquide ne peut pas s'accrocher (si 90°<θ<150°, on parle d'effet hydrophobe ). Les feuilles de lotus représentent un très bon exemple de surface super-hydrophobe où l'eau ruisselle sans jamais les mouiller. D'où le nom d'effet lotus.
Loi de Cassie : En physique, la loi de Cassie, ou loi de Cassie-Baxter, décrit l'angle de contact pour un liquide déposé sur une surface composite. Elle date de 1944 et permet d'expliquer pourquoi un substrat plus grossier augmente cet angle.
1)l'hydrophobie moléculaire
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Schéma d'une coupe de feuille de lotus |
Les lipides : Les lipides sont les matières grasses des êtres vivants. Ces molécules sont à la fois hydrophobes et hydrophiles puisqu'elles sont constituées d'une tête hydrophile et d'une queue hydrophobe ou plutôt une tête polaire et une queue apolaire.
Les différentes formes des lipides, comme la cire, permettent de rendre des surfaces hydrophobes, par exemple : on applique de la cire sur le bois pour l’empêcher d'absorber l'eau.
2) l'hydrophobie sous trois formes:l'hydrophobie, la super-hydrophobie et l'ultra-hydrophobie
Tout d'abord, ce phénomène ne s'applique qu' aux liquides Newtoniens, c'est-à-dire que le liquide continue de s’écouler indépendamment des forces extérieures qui agissent sur lui.
Une surface est dite hydrophobe lorsque l'angle de contact de la goutte d'un liquide et la surface sur laquelle elle repose, est supérieur à 90°.
Une surface est dite super-hydrophobe lorsque l'angle de contact est supérieur à 120°.
Et une surface est dite ultra-hydrophobe lorsque l'angle de contact est supérieur à 150°, dans ce cas, en plus de la surface, le liquide est également modifié. Et les applications possibles sont donc très réduites.
3) Comment marche la super-hydrophobie ?
2 états : état de Wenzel (goutte empalée), état de Cassie (goutte fakir).
Schémas des états de Wenzel et de Cassie
Dans l’état de Wenzel, le liquide épouse la surface du solide alors que dans l’état de Cassie le liquide repose sur le sommet des aspérités.
L'angle de contact formé par la goutte est modifié par la rugosité d'une surface. En général, une texture rend une surface hydrophile plus hydrophiles de même pour les surfaces hydrophobes. Les deux modèles (Wenzel et Cassie) rendent compte de l'augmentation de l'angle de contact.
II) Applications possibles.
1)Chez les particuliers
Depuis 1 an, sont commercialisées des peintures de façades autonettoyantes, la première d'entre elles était la peinture Lotusan. Plus de 50000 façades ont été repeintes avec ces peintures spéciales. En 2012, le marchand a mis sur le marché un nouveau produit: la peinture hydrophobe qui imite la structure microscopique des feuilles de lotus une fois appliquée sur une surface.
De la même façon, les feuilles de lotus restent à la surface sans être mouillées, la peinture Lotusan est donc hydrophobe et autonettoyante. L'eau perlera sur la surface peinte avec la peinture hydrophobe mais ne pourra pas y adhérer, les saletés ne peuvent donc pas s'y accrocher non plus.
Cette peinture rend les lavages de surfaces peintes très faciles, il suffit d'asperger le mur ou la surface d'eau ainsi les résidus sont lavés, comme dans la vidéo ci-dessous:
Des scientifiques ont pour objectif d'utiliser la salvinia molesta , une algue hydrophobe, dans le domaine maritime en collant une couche hydrophobe sous les bateaux qui améliore le glissement sur l'eau et donc réduit la consommation de carburant de 10 % . Cette découverte liée au biomimétisme s'inscrit dans le développement durable, et , si elle est effective, pourrait se généraliser a tous les revêtements de bateaux.
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