A21 Contamination des surfaces adhésives

Topique

Les soies adhésives de cet insecte sont de minuscules structures lui permettant d'adhérer aux surfaces. Leur efficacité repose entièrement sur le contact direct de leurs extrémités avec la surface. Lorsque ces soies sont contaminées par de la poussière, des huiles, des spores ou d'autres polluants environnementaux, ce contact est interrompu et l'adhérence qu'elles peuvent générer est considérablement réduite. Le degré d'obstruction des soies adhésives par le contaminant n'est pas un phénomène binaire, mais dépend de deux facteurs simultanés : la concentration du contaminant dans l'environnement et son affinité pour la surface des soies. Plus la concentration est élevée et plus l'affinité est forte, plus la proportion de soies adhésives obstruées est importante. Toutefois, cette proportion tend à se stabiliser une fois la surface disponible pour le contaminant saturée.

Lorsque le contaminant recouvrant les champignons adhésifs est un liquide, comme de l'huile ou de l'eau contaminée, un effet supplémentaire se produit : des forces capillaires se créent entre le champignon et la surface. Ces forces capillaires peuvent augmenter ou diminuer l'adhérence selon le degré de mouillage du champignon par le liquide. Si l'angle de contact entre le liquide et le champignon est inférieur à 90 degrés, le liquide remplit l'espace entre le champignon et le substrat. Ceci augmente la force capillaire, mais réduit simultanément le contact direct entre le champignon et la surface, contact dont dépend l'adhérence par forces de van der Waals.

Cette double influence du liquide produit un résultat paradoxal : une petite quantité de liquide peut temporairement augmenter l'adhérence des champignons grâce à cette même force capillaire, mais lorsqu'il s'accumule en excès, il encapsule complètement les champignons. Cette encapsulation empêche tout contact direct entre le champignon et la surface, annulant l'adhérence au lieu de la renforcer.

Face à cette pollution, certains insectes ont développé leur propre défense : leurs pattes sont recouvertes de structures superhydrophobes, le même type de microstructure qui produit l'effet lotus sur certaines feuilles. Ces structures permettent à l'insecte de s'auto-nettoyer en se déplaçant. Les particules polluantes sont piégées à l'extrémité de ces microstructures plutôt que sur les soies adhésives elles-mêmes, et s'en détachent dès que la patte entre en contact avec une nouvelle surface lors du déplacement. La vitesse de nettoyage est directement proportionnelle à la vitesse de marche de l'insecte.

Plus l'insecte se déplace vite, plus ses structures superhydrophobes se débarrassent rapidement des particules accumulées. Ce nettoyage progressif permet aux soies adhésives de retrouver, pas à pas, la surface de contact directe altérée par la pollution, restaurant ainsi leur adhérence initiale.

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