Un super adhésif inspiré du gecko

Des scientifiques de la société BAE Systems, basés dans son Advanced Technology Centre situé à Filton (Bristol), poursuivent la course à l’imitation des extraordinaires propriétés d’adhésion des pattes du gecko. Ils ont mis au point une surface artificielle, baptisée « Synthetic Gecko » présentant de très forte capacités d’adhésion, et cela sans colle ni pression appliquée.

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Les pattes du gecko comportent cinq doigts recouverts de sétules ou setae

Le gecko se rencontre la plupart du temps dans les pays tempérés ou chauds et fréquemment dans les milieux arides. Déjà au 4ème siècle avant JC, Aristote avait observé la capacité de certains lézards de la famille des geckos à monter et descendre le long d’un arbre dans tous les sens, y compris avec la tête en bas. En 2002, des scientifiques américains ont démontré que les propriétés d’adhésion de ces lézards s’expliquent par un mécanisme mettant en jeu des forces d’attraction de van der Waals, plutôt que reposant sur une polarité de surface élevée impliquant l’adhésion capillaire. La liaison de van der Waals, appelée également liaison moléculaire, est très faible et se produit entre les moments dipolaires d’atomes ou de molécules. En fait, les doigts des pattes du gecko sont terminés par des millions de poils (appelés sétules ou setae) composés de kératine et dont le diamètre à la base est de quelques dizaines de microns. A leur extrémité, ces poils se scindent eux-mêmes en poils encore plus fins, de quelques centaines de nanomètres de diamètre, qui se terminent par une structure en spatule. Ces spatules se conforment à la surface au niveau moléculaire ce qui a pour effet de maximiser les forces de van der Waals. Les remarquables propriétés d’adhésion du type de gecko étudié par les scientifiques résultent donc de la taille et de la forme des extrémités de ces poils et pas du tout de la chimie de surface.

Déjà en 2003, des scientifiques de l’Université de Manchester, en collaboration avec des chercheurs russes, ont créé un adhésif imitant la patte du gecko (cf. Actualités scientifiques au Royaume-Uni, juin 2003, p. 31). Ils ont pour cela fabriqué des poils en polyimide par lithographie par faisceau d’électrons et attaque dans un plasma d’oxygène. Toutefois, cette méthode de fabrication reste onéreuse et difficile à mettre en œuvre pour de grandes surfaces. En outre, les scientifiques de Manchester ont noté que les propriétés d’adhésion s’altèrent après plusieurs cycles collage-décollage, probablement du fait de poils cassés ou couchés.

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Image par microscopie électronique à balayage des sétules d’un lézard Anolis
Crédit : Kellar Autumn, Lewis & Clark College

Les chercheurs de BAE Systems ont synthétisé les films à base de polyimide dans leurs salles blanches. Les tiges de polyimide présentent des extrémités évasées ressemblant fortement aux têtes en spatules (ou en « champignon ») des poils des geckos. L’équipe de BAE Systems a utilisé une technique fondée sur la photolithographie qui consiste à graver des motifs en trois dimensions en utilisant la lumière. Selon les scientifiques britanniques, il ne s’agit que d’une modification des méthodes standard de fabrication en électronique. Cette technique est de faible coût et susceptible d’être étendue à de très grandes surfaces. Jusqu’à présent, l’équipe de BAE Systems a synthétisé plusieurs matériaux différents en jouant sur la taille des « champignons » afin d’optimiser les propriétés d’adhésion. Elle a ainsi produit plusieurs échantillons atteignant jusqu’à 100 nm de diamètre et qui collent à presque toutes les surfaces, y compris si elles sont sales. Malgré ses bonnes performances (1 mètre carré devrait suffire à coller un éléphant au plafond !), ce matériau n’égale pas encore les pattes du gecko. En effet, le lézard peut s’attacher et se détacher d’une surface plus de 15 fois par seconde ; la façon dont il contrôle son adhésion reste encore à comprendre et à reproduire.

L’équipe britannique va maintenant s’attacher à mieux comprendre l’influence de l’eau et de la rugosité de la surface sur les propriétés d’adhésion de son matériau, afin de s’assurer qu’il puisse être utilisé pour une large gamme de rugosité. Un certain nombre d’applications est déjà identifié allant des pièces de réparation pour des structures percées (par exemple des réservoirs de carburant ou des revêtements d’avions), aux panneaux d’accès sans attache ou même à la fixation rapide de panneaux de blindage.

Dans le même temps, des chercheurs américains, notamment de l’Université de Berkeley et appartenant à l’équipe ayant expliqué le mécanisme d’adhésion, ont synthétisé un nouveau réseau de microfibres de polypropylène présentant une friction élevée mais pas d’adhésion. Leurs résultats ont été publiés dans le numéro du 19 août du journal Physical Review Letters.


Sources : BAE Systems, 17/07/06 ; BBC News, 26/07/06 ; “Evidence for van der Waals adhesion in gecko setae” ; Eurekalert, 22/08/06 ; High Friction from a Stiff Polymer using Micro-Fiber Arrays, Physical Review Letters, 18 August 2006. vol. 97, no. 076103


Auteur : Dr Anne Prost

publié le 09/07/2008

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