Surfaces superhydrophobes et mimétisme naturel
Ces dernières années, la recherche en ingénierie des surfaces s'est beaucoup intéressée aux surfaces superhydrophobes, autrement dit, à ces surfaces qui présentent une résistance extrêmement élevée au mouillage par l’eau. Dans ce contexte, de nouvelles techniques telles que la texturation par laser femtoseconde ont ouvert de nouvelles perspectives d’imitation des structures de surface du monde naturel.
La feuille de lotus (faible adhérence des gouttelettes d’eau, lesquelles ne parviennent pas à se stabiliser et glissent spontanément sur la surface de cette feuille) et les pétales de rose (forte adhérence des gouttelettes d'eau, lesquelles ne parviennent pas à se déplacer sur leur surface, même à des angles d’inclinaison élevés) comptent au nombre des exemples les plus courants de structures de surface que l’on rencontre dans la nature. Ces exemples démontrent qu’il est possible d’ajuster la mouillabilité de la surface d’un matériau dans le but d’obtenir une propriété spécifique pour une application déterminée.
États de mouillabilité et contrôle par texturation laser
Les ingénieurs ont défini quatre états de mouillabilité distincts en fonction de l’angle formé par la goutte d’eau et la surface solide en contact avec celle-ci :
- superhydrophile (angle de contact inférieur à 10°)
- hydrophile (angle de contact compris entre 10° et 90°)
- hydrophobe (angle de contact compris entre 90° et 150°)
- superhydrophobe (angle de contact supérieur à 150°)
Le recours à une texturation directe par laser femtoseconde permet de contrôler la mouillabilité d’une surface. Non contente de modifier l’angle de contact de toute gouttelette d’eau, cette technique en modifie aussi l’adhérence à la surface solide considérée.
Approches et applications de la texturation par laser
Deux approches sont envisageables lorsqu’il s’agit de procéder à la texturation par laser d’une surface pour en modifier la mouillabilité : la formation d’une topographie nanostructurée, connue sous la dénomination de LIPSS (structure de surface périodique induite par laser) et la topographie dite hiérarchique (laquelle se caractérise par la formation de structures telles que des colonnes ou piliers de l’ordre du micron couverts par la nanostructure LIPSS). Ces topographies artificielles s’utilisent dans un large éventail d’applications. Pour rester dans le domaine de la mouillabilité, ces propriétés sont susceptibles de s’appliquer dans les contextes suivants : surfaces supersèches, autonettoyage, résistance à l’eau, dégivrage et applications antibuée.
Résultats et prochaines étapes chez Sirris
Au centre Sirris, nous sommes en train de développer de nouveaux modes d’accélération du processus de texturation par laser des arbres et pièces plates. Nous ambitionnons d’aider les constructeurs de machines et fabricants de moules à répondre à la demande de surfaces superhydrophobes, et nous accomplissons des progrès significatifs dans ce sens. De récents résultats montrent qu’il est possible d’obtenir des surfaces hydrofuges et superhydrophobes avec différentes microtextures, comme le montre le schéma ci-après, comparant piliers ronds, colonnes carrées et LIPSS.
Lors des prochaines étapes de nos recherches, nous avons l’intention de développer de nouveaux modes plus rapides d’application de la texturation laser par le biais de méthodes indirectes. La texturation par laser s’applique aussi bien aux pièces métalliques qu’aux pièces en matière synthétique. Dans le premier cas, une étude du processus de laminage des pièces plates s’impose avant de se livrer à une tentative de texturation procédant d’une opération précise et reproductible. Dans le second cas, la texturation des moules sera mise à l’épreuve. Une autre tâche importante résidera dans l’évaluation de l’usure et de la résistance de ces textures afin d’en valider la fonctionnalité dans le cadre d’applications industrielles de masse.
Si vous souhaitez en savoir plus, n’hésitez pas à nous contacter !
Cette recherche fait partie du projet BBBC et bénéficie du soutien du SPF Économie.
