L'effet Lotus réversible: des surfaces toujours propres

Les fleurs de lotus sont belles, et sont toujours immaculées. Les gouttes d'eau perlent sur leur surface hydrofuge, en enlevant toutes particules de poussière. Ce type de surface autonettoyante nous serait bien utile: plus de lavage de voiture, plus de ravalement de façades de maisons salies par le temps... les applications potentielles sont multiples. Jusqu'à présent, cependant, la technologie n'avait pas pu reproduire cette réussite de la nature.

Toutefois, des chercheurs, conduits par Kingo Uchida et Shinichiro Nakamura, ont désormais réussi à synthétiser un composant de la famille des diarylethènes dont la surface devient, à la demande, super répulsive à l'eau.

Le secret derrière l'effet lotus est la microstructure spéciale, constituée de minuscules pointes, de la surface du végétal. Ces micronodules ne fournissent aucune surface sur laquelle les gouttes de l'eau pourraient se rassembler. Les gouttes se contractent en petites perles et tombent, entraînant avec elles toutes les particules de saleté qu'elles rencontrent. Sur les surfaces lisses normales, les gouttes couvrent la surface et prennent une forme hémisphérique. Au lieu de rouler, elles glissent au-dessus de la surface, ce qui ne leur permet pas de retirer les particules de poussière.

Les chercheurs japonais ont synthétisé une substance spéciale, un membre du groupe des diarylethenes, et élaboré un film microcristallin de cette substance sur un support. Les images en microscopie électronique montrent que la surface de ce film est initialement lisse. Lorsque le film est irradié de lumière UV, la surface précédemment sans couleur vire au bleu et, surtout, devient rugueuse.

Elle se couvre d'une pellicule de fibres minuscules d'un diamètre d'environ 1 µm. Cette peau a un effet semblable à celui des micronodules de la fleur de lotus, et le phénomène de répulsion de l'eau apparaît. Si la surface est de nouveau irradiée, mais cette fois en lumière visible, les fibres et la couleur disparaissent, laissant une surface incolore, lisse et mouillable.

Cet effet provient de changements de la structure moléculaire. La molécule de diarylethene est composée de trois anneaux ouverts liés. La lumière UV provoque un réarrangement à l'intérieur de la molécule (isomérisation) qui mène à la formation d'une quatrième boucle fermée. L'isomère avec la quatrième boucle fermée se cristallise sous forme de pointes, qui se développent par-dessus les cristaux de l'isomère à boucle ouverte dès qu'une certaine concentration est atteinte. La lumière visible renverse la réaction: la boucle s'ouvre, et les pointes disparaissent.