Concilier superhydrophobie et robustesse, voilà ce qu'a réussi à réaliser une équipe internationale de chercheurs en concevant et fabriquant des surfaces structurées à plusieurs échelles. De quoi être à même d'exploiter la capacité de ces surfaces à repousser l'eau pour rester sèches, s'auto-nettoyer et éviter de servir de substrat à des organismes vivants (bio-encrassement ou biofouling).
Publiés le 3 juin dans Nature, leurs travaux contournent la contradiction entre superhydrophobie et résistance mécanique. L'obtention de surfaces hydrophobes passe en effet généralement par la création d'une rugosité de surface à l'échelle micro ou nano qui minimise l'aire de contact entre le liquide et la surface. Or cette rugosité est synonyme de fragilité face à une charge mécanique. Des forces d'abrasion peuvent ainsi détruire la superhydrophobie de ces surfaces.
Nano et micro structuration
L'astuce des chercheures a consisté à traiter séparément les deux caractéristiques voulues en utilisant deux échelles spatiales. La robustesse mécanique est apportée par une micro-structuration de la surface, par exemple sous forme d'un réseau de cavités en formes de pyramides renversées. La superhydrophobie, elle, est générée par un revêtement nanostructuré qui vient remplir les cavités. Les chercheurs ont montré que la micro-structure sert de blindage au matériau nanostructuré (des nano-amas de silice fluorée) en le protégeant des contacts solides et en lui permettant de conserver ses propriétés superhydrophobes.
Les surfaces ainsi réalisées à partir de substrats en métal, céramique ou silicium résistent à 1000 cycles d'abrasion (10 fois plus que pour des surfaces hydrophobiques conventionnelles), à 16 jours une température de 100°C, à l'immersion dans une solution de soude, l'humidité… « Nous avons constaté que nos surfaces blindées conservent leur superhydrophobie même dans des conditions très dures», écrivent les auteurs.
L'approche démontrée par ces travaux ouvrent la voie à de nombreuses applications des surfaces superhydrophobes. Les chercheurs ont illustré l'une d'entre elles, en fabriquant selon leur méthode un revêtement transparent et robuste pour les panneaux. Son caractère auto-nettoyant permet d'éviter le dépôt de poussières, qui réduisent la production d'électricité, et donc le nettoyage des panneaux, coûteux en eau.
