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Innovation technologique

Avec l’effet lotus, difficile de rester zen

La «super-hydrophobie» ou «l’effet lotus», vous connaissez ? Non ? Alors, découvrez vite ce que c’est et pourquoi ça fait le buzz sur Internet – et dans le monde du nautisme !
  • Publié le : 13/03/2013 - 00:01

Effet papillon ? Non, effet lotus !Vous avez sous les yeux l’effet lotus : il s’agit ici d’une goutte d’eau millimétrique posée sur une texture hydrophobe – la goutte d’eau garde la forme d’une perle quasi parfaite et ne demande qu’à glisser à la surface ! La texture est un réseau de «plots» réguliers à l’échelle du micron, ce qui confère ses couleurs au matériau.Photo @ CNRS - David Querre & Mathilde Quallies

«Super-hydrophobie» : derrière ce terme barbare se cache une propriété qui pourrait être révolutionnaire pour pas mal de professionnels du nautisme. Car ce qu’on appelle aussi plus poétiquement «l’effet lotus» fait fantasmer nombre de chercheurs, d’architectes navals, d’ingénieurs, d’industriels et de marins. Eh oui, la feuille de lotus (comme certains autres végétaux) est connue pour cette propriété : les gouttes d’eau n’adhèrent absolument pas à sa surface !

Pourquoi vous parle-t-on de ça ? Simplement parce que la technologie Ultra Ever Dry (TM), dotée de cette même qualité, est en train de créer le buzz sur Internet.

Fin 2012, une société américaine spécialisée dans la rétention des hydrocarbures, Ultra Tech International, lance un produit de revêtement totalement hydrophobe. En novembre dernier, elle met en ligne sur YouTube une vidéo de présentation, que vous pouvez regarder ci-dessous.

Spectaculaire, celle-ci est partagée sur les réseaux sociaux – et en quelques semaines, elle est visionnée près de cinq millions de fois ! Coup marketing ou véritable innovation ? Nous avons voulu en savoir plus.

 

De quoi s’agit-il exactement ?
Il s’agit d’un enduit translucide qui s’applique par pulvérisation en deux couches d’1 à 2 millimètres d’épaisseur. L’apprêt est composé de xylène et de naphta, entre autres, et la deuxième couche comprend de l’acétone. D’après UTI, un bidon de 4 litres permet de couvrir 20 m² et chaque couche sèche en 15 minutes. Pour l’anecdote, le produit sent la menthe…

Cato… quoi ? Catopsis Berteroniana !On dénombre plus de 200 plantes super-hydrophobes. Parmi elles, la «Catopsis berteroniana» observée ici dans un laboratoire du CNRS en Guyane. Lorsqu’une goutte est déposée sur la feuille, celle-ci est immédiatement redirigée vers la base de la feuille et donc le réservoir de la plante.Photo @ CNRS Claude Delahaye

Un produit pas bidonUn peu de produit sur le bidon de gauche, et celui-ci repousse l’eau et les hydrocarbures. Magique ?Photo @ UTI

Quelles sont ses propriétés ?
Cet isolant encapsule de l’air à partir de microscopiques aspérités (le processus étant – un peu abusivement – frappé de la mention «nanotechnologie», vous verrez pourquoi tout à l’heure) et rejette absolument l’eau et les hydrocarbures. Pour comprendre le fonctionnement, reportez-vous à notre exercice de physique à la fin de l’article.
 

C’est bien beau, mais ça a été testé sur un bateau ?
«On l’a appliqué sur le pont, le moteur hors-bord, le rouf ou la capote d’un bateau, ça fonctionne très bien. Le problème, c’est que le produit prend une teinte laiteuse sur tout ce qui est coloré», explique, depuis la Floride, Mark Shaw, président d’Ultra Tech International. «Pour ma part, j’hésiterais par exemple à en poser sur un pont en teck, surtout que la deuxième couche est à base d’acétone», ajoute Mathias Legros, directeur marketing de Tap-France, la société chargée de commercialiser le produit en France.
 

Quels sont les résultats du produit sur une carène ?
Bonne question… puisqu’il n’a pas encore été testé sur ce support. Les dirigeants de l’entreprise expliquent que cette application n’est «pas concluante pour l’instant puisque le revêtement a besoin d’air pour se régénérer». Cela dit, ils affirment dans le même temps «qu’un morceau d’acier traité a été plongé dans de l’eau salée pendant trente jours sans que cela n’ait d’effet négatif sur l’efficacité du produit». Mais tout dépend aussi de la salinité : entre la Baltique (6 g/l) ou la mer Morte (330 g/l), les effets ne seront pas les mêmes…
 

Pas question de se mouiller«Lors de la dernière Coupe de l’America, avec BMW-Oracle, on avait testé deux procédés destinés à améliorer la glisse», explique l’architecte naval Benjamin Muyl. Avec de bons résultats, mais sans en adopter aucun, par peur de problèmes techniques. D’où l’intérêt d'avoir un jour un revêtement totalement hydrophobe !Photo @ Guilain Grenier (BMW-Orace Racing)

Et si les chercheurs parvenaient à appliquer ce type de produit sur une carène ?
Voilà qui fait rêver Benjamin Muyl ! «Si une telle résine existait, explique l’architecte naval, on pourrait l’appliquer sur les appendices et la carène. Cela permettrait de limiter les traînées du bateau : celle qui résulte de la vague déplacée par la carène, mais aussi la traînée de friction, c’est-à-dire l’eau de la couche limite qui reste en contact avec la coque du bateau. On pourrait ainsi gagner en vitesse.»
En tant que membre du Design Team d’Emirates Team New Zealand pour la prochaine Coupe de l’America, il a de quoi être intéressé : «Limiter la surface mouilée, favoriser la glisse, c’est exactement ce qu’on cherche à faire avec les AC72 avec les foils ! Lors de la dernière America’s Cup, on avait essayé – avec un certain succès – des adhésifs, puis des injections de polymères sous les flotteurs de BMW-Oracle, mais l’équipe avait renoncé au dernier moment (lire ici l’article «Exclusif : tout sur les dessous d’USA-17»). Par ailleurs, l'usage de ce type de produit est pour l'instant exclu sur la Coupe, car les peintures et revêtements autorisés sont limités par les règles de jauge».
Il existe bien des peintures au Téflon mais ce n’est pas franchement ce qu’il y a de plus respectueux pour l’environnement ! Alors de quoi l’avenir est-il fait ? Peut-être d’injection de bulles d’air sous les coques. De tels systèmes ont déjà été testés sur des gros navires de commerce, ce qui leur permet d’économiser du carburant.

 

Et sur des voiles ?
Le produit n’a pas encore été testé sur des voiles, mais on imagine bien l’avantage que cela pourrait constituer sur un spi par exemple… «Ça pourrait être énorme !» s’exclame d’emblée Greg Evrard, le directeur de North Sails France. Qui nuance : «Cela dit, il faudrait voir la tenue du produit dans le temps, la résistance aux UV et au sel, le poids que ça peut ajouter…» Bertrand Cudennec, l’un des fondateurs d’Incidences, va dans le même sens : «Il faut d’abord voir si on peut intégrer ce produit aux tissus et s’il ne nous empêchera de coller ou de coudre».
 

Plop et Plouf sont sur un bateauEn tombant, laquelle de ces billes repousse l’eau ? Celle de droite : une bille recouverte d’une microscopique couche de silane va émettre un gros «plouf» quelle que soit la vitesse d’impact. À l’inverse, une bille qui attire l’eau ne fait qu’un petit «plop» (à g.).Photo @ CNRS - Lydéric Bocquet

Quelles conséquences sur l’environnement ?
A priori aucune, selon Ultra Tech International. «Ce produit n’est pas toxique pour le milieu marin et il s’évapore rapidement dans l’eau», indique la fiche technique – sans plus de détails.


Combien ça coûte ?
Ce n’est pas à la portée de toutes les bourses puisqu’il vous faudra dépenser environ 400 euros pour un litre de produit, qui peut couvrir une surface de 5 m² ! Reste qu’il est d’abord destiné aux professionnels. «Pour certains, à ce niveau-là, l’argent n’est pas un problème, explique le directeur marketing de Tap-France. C’est d’ailleurs ce que m’a dit un préparateur de bateaux sur le Vendée Globe et la Volvo Ocean Race au téléphone. Il en a commandé dix litres.» Avant de préciser : «D’habitude, on a seulement 30 à 40 visites par jour sur notre blog ; depuis que la vidéo a été postée, on est passé à 15 000 !»


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Petit problème de physique

1. Expliquez ce que sont les nanotechnologies.
2. Par des schémas légendés, vous expliquerez ce qu’est une surface super-hydrophobe.

Solution du problème :
Le mieux placé pour ça, c’est Etienne Barthel. Chercheur au CNRS, il travaille au laboratoire Surface du verre et Interfaces de Saint-Gobain. Il donne le corrigé de l’exercice.

1. Il s’agissait d’une question piège. Etienne Barthel : «Les nanotechnologies, c’est un terme vendeur et marketing qui entretient la confusion auprès du grand public. Vous pouvez mettre énormément de choses derrière ! Quand on sait que nous, on travaille déjà à l’échelle de 10 microns et que le nanomètre est 1000 fois plus petit que le micron…» Pour avoir un ordre de grandeur en tête, il faut savoir qu’un nanomètre est 50 000 fois plus petit que l’épaisseur d’un cheveu ! Le nanomètre se rapproche de la taille de l’atome.

Angle de contact et adhésionFig. A : une goutte de liquide en lévitation au-dessus d’une surface, le fantasme de tout chercheur ! Fig. C : une goutte qui s’épanouit classiquement presque complètement sur une surface plane. Fig. B : cas intermédiaire d’une goutte qui glisse sur un support avec des aspérités régulières, du type enduit Ultra Ever Dry. Photo @ CNRS Saint-Gobain / Etienne Barthel

2. «Si une goutte d’eau n’interagit pas avec la surface, elle forme une sphère parfaite et ne touche pas le support. L’angle de contact est alors de 180°C (fig.A). À l’inverse, si la goutte interagit fortement (cas le plus fréquent), l’eau adhère et s’étale à la surface. L’angle de contact est ici de 35°C (fig. C). Enfin, la clé des surfaces super-hydrophobes, c’est l’introduction d’aspérités. Dans ce cas (fig. B), la goutte se maintient au-dessus des aspérités, ce qui réduit les interactions. On aimerait bien pouvoir atteindre le cas A, mais c’est une situation extrême où la goutte se trouve en lévitation ! Dans ces trois cas, le volume de la goutte ne bouge pas, il est constant.»
Les créateurs d’Ultra Ever Dry avancent un angle de 160 à 175°C, un chiffre «sans doute légèrement exagéré», selon Etienne Barthel…

Conclusion :
Pour le nautisme, cette technologie en est encore au stade expérimental, mais pourrait avoir un bel avenir.
 

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Pour aller plus loin

«Comment l’eau déperle-t-elle sur une surface hydrophobe ?», un article du CNRS
«Effet lotus : quand la nature a horreur de l’eau», une publication du CNRS
«Les surfaces super-hydrophobes», une publication du CNRS pour les plus scientifiques.
Sur le nanomonde, une publication du Centre de l’énergie atomique ici