Des surfaces ultra glissantes bioinspirées

Inspirés par une plante carnivore qui capture des fourmis en les faisant glisser sur sa paroi, des scientifiques du Laboratoire PMMH (ESPCI Paris / PSL / CNRS) et du LadHyX (Ecole Polytechnique / CNRS) ont récemment étudié un nouveau type de surfaces ultra glissantes. Le principe est simple : rendre un matériau rugueux et piéger dans sa texture une huile qui servira de lubrifiant. Le point crucial de ce système repose sur la stabilité du film de lubrifiant : posée sur une telle surface, une goutte d’un autre liquide aura alors très peu d’adhésion sur le substrat, reposant principalement sur un film. Comme une voiture qui glisse quand un film d’eau s’intercale entre les pneus et la route, la goutte aura tendance à glisser. Ces matériaux se sont déjà révélés très prometteurs pour de nombreuses applications industrielles, ayant notamment des propriétés antibactériennes, antigivre et antibuée remarquables. Ces travaux sont publiés dans la revue Soft Matter.

Les chercheurs se sont attachés à caractériser la dynamique des gouttes sur ces surfaces quand on les incline. Ce problème est plus complexe qu’il n’y parait car il met en jeu de nombreuses interfaces entre la goutte, le lubrifiant et le solide. La présence d’un ménisque de lubrifiant qui encercle le pied de la goutte vient compliquer l’équation à cause de sa géométrie courbée. L’équipe a démontré que c’est souvent dans ce ménisque qu’a lieu le frottement principal, ce qui confère aux gouttes des dynamiques inhabituelles. Par exemple, la vitesse d’une goutte est souvent proportionnelle à la force qui la fait avancer, alors que ces systèmes ont une vitesse proportionnelle à la puissance 3/2 de la force. Point tout aussi remarquable, la vitesse est ici souvent insensible à la viscosité du liquide qui dévale, ce dernier étant principalement freiné par le ménisque de lubrifiant. Au final, les surfaces infusées engendrent des dynamiques inhabituelles, cruciales pour comprendre le dévalement des liquides sur de tels matériaux.

Publication associée :

A. Keiser et al., Drop friction on liquid-infused materials, Soft Matter, 2017
DOI :10.1039/C7SM01226H