Les exemples naturels
L’hydrophobie est présente dans la nature, que ce soit sur des animaux, des insectes ou des plantes. Elle apporte beaucoup d'avantages pour tous ces organismes, qui possèdent chacun une structure différente leur permettant de profiter de cette propriété. Nous allons dans cette partie étudier uniquement certaines de ces espèces.
La feuille de lotus et la Salvinia sont des plantes aquatiques. Le fait d’être hydrophobe leur permet de ne pas être alourdies par le poids de l’eau, car cette dernière n’adhère pas, et ne peut donc pas rester longtemps sur la feuille. Elles peuvent ainsi continuer de flotter à la surface. Grâce à cette propriété, les feuilles de lotus peuvent alors réaliser la photosynthèse car, pour cela, la feuille doit être nette et non mouillée. L’eau, en plus de ne pas adhérer sur la surface de la feuille, va la nettoyer de toutes les petites imperfections comme de la poussière. Ainsi, l’hydrophobie entraine une autre propriété : le fait que les plantes soient autonettoyantes.
Les plantes
Schéma d’une goutte sur un support non hydrophobe puis hydrophobe, pour montrer la propriété autonettoyante
http://www.nelumbolotus.com/admin/HXEditor/UploadFile/201431791048338.pdf
Cette propriété autonettoyante n’est pas utile uniquement pour les feuilles aquatiques comme la feuille de lotus et la Salvinia, elle est aussi utile pour les autres plantes, non aquatiques. Ainsi, leur propriété hydrophobe sert principalement à faciliter la photosynthèse. Cela permet la survie de la plante, qui peut, grâce à l’énergie solaire, produire des glucides.
Les feuilles de lotus ont une multitude de micro-aspérités non visibles à l’œil nu. De plus, au toucher ces plantes paraissent totalement lisses. En revanche, on peut observer au microscope des aspérités (en forme de montagnes et de vallées) qui vont permettre à l'eau de rouler le long de la feuille comme si elle était repoussée par celle-ci.
Surface d’une feuille de lotus observée au microscope.
La feuille de chou a le même mécanisme mais, au contraire des plantes précédentes, ses aspérités sont visibles à l’œil nu.
Nous avons testé les propriétés hydrophobes de la feuille de chou, en faisant couler de l’eau dessus (d’abord juste quelques gouttes, puis une plus grande quantité). On remarque que l’effet est toujours le même, il ne s’affaiblit pas lorsque la quantité d’eau augmente. De plus, nous avons aussi testé sa propriété autonettoyante. Après avoir déposé de la farine sur la feuille, nous avons fait couler de l'eau dessus et nous avons observé que, comme prévu, l'eau en roulant sur la feuille entraine avec elle la farine. Ainsi, la feuille est parfaitement propre après le passage de l'eau.
Photo des fouets sur la surface de la Salvinia
http://keys.lucidcentral.org/keys/FNW/FNW%20seeds/html/large%20image%20pages/Salvinia%20li.htm
La surface totale de la feuille est aussi recouverte de cristaux nanométriques. Ce sont ces deux éléments, les fouets et les cristaux, qui donnent le caractère hydrophobe à la feuille de Salvinia.
La Salvinia, elle, est une fougère aquatique composée de micro poils élastiques qui ressemblent à des fouets de cuisine visibles uniquement au microscope.
Ils ont à leur extrémité un point hydrophile qui permet de stabiliser l'interface entre l'air et l'eau c'est à dire que l'air situé entre les poils permet à l'eau de glisser sur la plante.
Photo d'une Salvinia
Nous avons voulu tester cette propriété en réalisant une expérience avec une plume de canard. Nous l’avons entièrement plongée dans l’eau puis nous avons observé qu’elle se replie sur elle même. En ressortant la plume de l’eau nous avons pu voir qu’elle est restée entièrement sèche. De plus, sur la photo on peut observer que la goutte d’eau reste quasiment sphérique au contact de la plume.
Les animaux
Pour la plupart des animaux, cette propriété sert à faciliter leur nage ou leur vol.
De nombreux oiseaux, aquatiques ou non, possèdent des plumes hydrophobes. Nous pouvons citer l’exemple du canard, qui est un oiseau possédant des plumes avec cette caractéristique. Cela lui est très utile pour faire en sorte que ses plumes restent sèches. En effet, l’eau roule dessus et ne les mouille pas. Ainsi, cela lui permet de voler tout de suite après avoir été dans l’eau, sans que ses ailes ne soient alourdies. Il peut ainsi, entre autres, échapper à ses prédateurs plus rapidement. Mais cela lui permet aussi de mieux flotter et de se déplacer plus rapidement dans l'eau.
En effet, les plumes de canard sont enduites d'une graisse naturelle ce qui leur permet d’être hydrophobe étant donné que la graisse et l'eau ne sont pas solubles. Leur hydrophobie est renforcée par leurs barbules qui se croisent, ce qui empêche l'eau de traverser les plumes.
De même, on peut citer un grand nombre d’insectes possédant cette propriété sur leurs ailes, comme le moustique, la cigale, ou encore le papillon morpho, ce qui leur permet de mieux voler lorsqu’il y a des précipitations. Pour les insectes encore plus que pour les oiseaux la propriété autonettoyante est primordiale car même de toutes petites choses peuvent, vu la taille de ces insectes, fortement les alourdir et les gêner pour le vol.
Le requin est un animal aquatique ayant une peau hydrophobe ce qui lui permet d'augmenter sa vitesse et d'avoir un déplacement silencieux ce qui est nécessaire pour la chasse. Sa peau a aussi, grâce a l'hydrophobie, une propriété autonettoyante qui limite la présence de bactéries.
Il possède une peau très particulière, elle est rugueuse car constituée de micro-denticules cutanés. En les regardant de plus près, on peut observer des sortes de mini canaux qui provoquent un effet laminaire de l'eau c'est à dire qu'elle est écoulée de façon régulière en suivant des trajectoires parallèles ce qui diminue les résistances et les frottements et qui va donc permettre au requin d'être plus rapide tout en économisant de l'énergie. Ces denticules sont également mobiles ce qui fait de la peau une surface instable sur laquelle les parasites ne peuvent pas s'installer.
Minuscules écailles de la peau d'une requin
http://requin-blanc.fr/blog/le-secret-de-la-vitesse-de-nage-du-requin/
Vidéo que nous avons réalisée, montrant l'hydrophobie de la feuille de chou.
Elle est aussi disponible sur YouTube : https://www.youtube.com/watch?v=focp2cTRKOI
Vidéo que nous avons réalisée, montrant la propriété autonettoyante de la feuille de chou.
Elle est aussi disponible sur YouTube : https://www.youtube.com/watch?v=zxBrZfM2X4c
Vidéo que nous avons réalisée, montrant le caractère hydrophobe des plumes de canard
Elles est aussi disponible sur YouTube :
Photo d'une goutte sur une plume de canard
Schéma de la photosynthèse
La feuille de chou
La feuille de Salvinia
