Les cigales pourraient détenir le secret des surfaces autonettoyantes – nouvelle étude

La nature inspire les scientifiques tout le temps. Certaines idées sont encore en recherche, comme combinaisons super chaudes inspirées du castor. Mais d’autres font déjà partie de la vie humaine, comme le velcro (à base de bavures de bardane) et le train à grande vitesse japonais (inspiré du long bec étroit des martins-pêcheurs).

Les cigales ont inspiré mon équipe recherche récente dans les surfaces autonettoyantes.

Garder les vitres de votre voiture impeccables peut ressembler à une bataille sans fin contre les forces de la saleté et de la poussière. Mais les insectes comme les cigales ont un tour fascinant dans leur manche qui garde leurs ailes impeccables, sans que l’insecte ne fasse le moindre effort. Et il peut détenir la clé pour nous éviter les tracas d’un nettoyage constant.

L’étude de mon équipe a étudié le mécanisme derrière ce processus d’auto-nettoyage.

Grâce à la texture particulière des ailes de cigale, la rosée du matin se condense dessus et se transforme progressivement en petites gouttelettes d’eau. Ces gouttelettes éliminent les particules de poussière et les micro-organismes lorsqu’ils entrent en collision ou roulent sur les ailes de l’insecte.

Les cigales ne sont pas les seuls insectes qui ont développé des corps autonettoyants. Beaucoup papillons ont des ailes qui peuvent se nettoyer. D’autres créatures comme geckos et certaines feuilles de plantes, telles que lotus et riz, utilisent également le mouvement des gouttelettes pour se protéger de la poussière comme le font les cigales. Ces gouttelettes en mouvement aident également à éliminer les bactéries, réduisant ainsi le risque d’infections.

Si un liquide est renversé sur la plupart des surfaces (pensez à une tasse de café renversée), il se répandra simplement sur la zone et y restera.

Mais les gouttelettes de rosée se comportent différemment sur les ailes des cigales à cause de quelque chose que les ingénieurs appellent « super-hydrophobicité », ou hydrofuge extrême. La surface des ailes de cigale contient un arrangement complexe de milliers de minuscules cônes recouverts de cire. Les gouttelettes d’eau sur l’aile prennent une forme de perle car elles veulent minimiser le contact avec la surface de l’aile. Cela est dû à la cire qui repousse l’eau et aux pointes coniques, qui empêchent les gouttelettes d’eau sphériques de pénétrer dans la membrane de l’aile.

Cela ressemblerait à un ballon entièrement soufflé placé sur un lit de clous. Il ne sautera pas car la pression est répartie sur tous les ongles. Dans le cas des gouttelettes, les cônes recouverts de cire facilitent le mouvement sans effort des gouttelettes sur les ailes des cigales.

Gouttelettes d’eau sautantes et roulantes

Des études antérieures ont montré la gravité, fait rouler de plus grosses gouttelettes sur les ailes cireuses des cigalesramassant de nombreux contaminants tout au long de leur parcours.

Cependant, jusqu’à présent, la façon dont les gouttelettes plus petites, trop petites pour être tirées par gravité, ramassaient la saleté restait insaisissable. Nous avons constaté que de petites gouttelettes, au fil du temps, fusionneront avec leurs voisines.

La gouttelette fusionnée saute de la surface au lieu de rouler. Pendant le saut, la goutte prendra une forme qui ressemble à une montgolfière sur le point de décoller du sol. Notre étude a révélé que cette forme de montgolfière est cruciale pour permettre aux gouttelettes de transporter la saleté loin de la surface.

Gouttelettes d’eau sautantes

Il s’avère que c’est la tension superficielle de la gouttelette de liquide qui ramasse la saleté alors que la gouttelette est en forme de montgolfière. La tension superficielle est la tendance des gouttelettes exposées à l’air à conserver une forme sphérique. Lorsqu’une gouttelette forme la forme d’une montgolfière avec de la terre en dessous, elle essaiera de se reformer en une sphère. Dans le processus, il éloigne par inadvertance la saleté de la surface.

Nous avons également observé que les gouttelettes d’eau ne peuvent pas éliminer tous les contaminants de cette manière. Par exemple, sur les ailes de cigale, les gouttelettes d’eau peuvent être capables d’éliminer de minuscules particules de sable, mais pas celles constituées de suie.

Nous avons également constaté que, que les gouttelettes sautent ou roulent, le mécanisme de délogement des contaminants d’une surface reste le même. Au fur et à mesure qu’une gouttelette plus grosse roule sur la saleté, sa surface se déforme. La gouttelette essaiera de conserver sa forme sphérique naturelle, ce qui, comme dans les gouttelettes fusionnées, retirera la saleté de la surface.

Ingénierie naturelle

À l’avenir, les ingénieurs pourront intégrer ce que nous avons appris sur les ailes de cigale dans la conception des produits, et nous n’aurons peut-être plus besoin d’éclabousser d’eau et d’essuyer nos vitres et autres surfaces, car elles se nettoieront d’elles-mêmes.

Imaginez des fenêtres de gratte-ciel, des panneaux solaires et des lentilles de caméras de surveillance qui peuvent se nettoyer. Un revêtement super hydrophobe peut également aider à prévenir la formation de givre sur diverses surfaces en hiver, comme le pare-brise de votre voiture.

Ce sera un bon ajout à la liste des mises à niveau imminentes de notre infrastructure existante aux côtés panneaux solaires efficaces inspirés de la structure des feuilles des plantes et des bâtiments inspirés des termitières avec une ventilation plus efficace dans les villes du monde entier.

Même dans les endroits les plus urbains, la nature est partout autour de nous.

Cet article est republié de La conversation sous licence Creative Commons. Lis le article original.