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1 Date: Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft Lerchenfeldstrasse 5, CH-9014 Saint-Gall Tél. +41 (0) 71 278 02 04, info@swissnanocube.ch www.swissnanocube.ch. Plate-forme éducative sur les micro- et nanotechnologies, pour les écoles professionnelles, les écoles d'enseignement secondaire et les établissements supérieurs spécialisés Le Lotus-Effekt ® Septembre 2014

2 © 2014 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Surfaces autonettoyantes: Copié sur la Nature 2 Source: Swiss Nano-Cube Surfaces nanostructurées aux propriétés autonettoyantes Des informations détaillées sur ce thème figurent dans les instructions d'expérimentation de l'effet lotus.

3 © 2014 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Table des matières 3  Introduction  Fondements théoriques  Liaisons intermoléculaires  Tension superficielle  Hydrophobie et effet hydrophobe  La feuille de lotus (I): structure superficielle  La feuille de lotus (II): angle de contact  Le Lotus-Effekt ® artificiel  Objectifs pédagogiques:

4 © 2014 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Introduction 4 Vidéo: Lotusan: Utilisation technique de l'effet lotus www.sto.de Vidéo sur Lotusan

5 © 2014 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Fondements théoriques 5 Liaisons intermoléculaires  Liaisons entre molécules (non covalentes!).  Responsables de l'ordre dans les solides et les liquides.  Dans les gaz, il n'existe pas de liaisons intermoléculaires.  Classement par force de liaison décroissante:  Liaisons intérieures (fortes).  Liaisons de Van der Waals (faibles).  Classement des liaisons de Van der Waals:  Liaisons dipôle-dipôle (fortes, celles des molécules d'eau par exemple)  Forces dispersives de London (faibles, celles des huiles par exemple).

6 © 2014 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Fondements théoriques 6 Tension superficielle Source: Swiss Nano-Cube Air (mélange gazeux) Surface liant faiblement l'eau

7 © 2014 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Fondements théoriques 7 Hydrophobie et effet hydrophobe  Hydrophobe: Terme grec signifiant qui repousse l'eau.  En chimie: L'hydrophobie signifie une faible aptitude à lier l'eau (par exemple les huiles, graisses, cires).  Effet hydrophobe:  Il se produit lorsque des molécules hydrophobes se trouvent dans l'eau.  Les liaisons dipôle-dipôle entre molécules d'eau sont préférées aux forces dispersives faibles de London.  Les molécules d'eau cherchent à former le plus grand nombre possible de liaisons dipôle-dipôle entre elles.  Réduction de la surface de liaison avec les molécules hydrophobes avec lesquelles les molécules d'eau ne peuvent former que des liaisons faibles.  Formation de «gouttes d'huile» dans l'eau.

8 © 2014 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Fondements théoriques 8 La feuille de lotus (I): Structure superficielle Source: Swiss Nano-Cube Superhydrophobie: Hydrophobie + surface de contact réduite Très faible adhérence contre la surface Papilles Cristaux de cire épicuticulaires

9 © 2014 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Fondements théoriques 9 La feuille de lotus (I): angle de contact Source: Swiss Nano-Cube

10 © 2014 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Fondements théoriques 10 Le Lotus-Effekt ® artificiel (I)  Le Lotus-Effekt ® désigne la propriété autonettoyante d'une surface.  Dans ce contexte, «propriété autonettoyante» signifie que l'eau suffit pour nettoyer et que d'autres substances sont superflues.  Cet effet n'est pas limité au lotus et il est possible de l'obtenir artificiellement.  Dans ce cas, on rend artificiellement rugueuses les surfaces à traiter de sorte que leur couche la plus à l'extérieur présente, comme les feuilles de lotus, une structure «collinaire» dans la plage nanométrique.

11 © 2014 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Fondements théoriques 11 Le Lotus-Effekt ® artificiel (II)  Le procédé sol-gel est un procédé permettant de fabriquer artificiellement une surface superhydrophobe.  Matériau de départ: Nanoparticules de dioxyde de silicium présentant des chaînes latérales hydrophobes dans une dispersion stable.  Le retrait progressif de la substance dispersive entraîne la formation d'un gel qu'il est possible d'appliquer sur des surfaces.  Après que le reste du solvant s'est évaporé, il ne reste plus qu'un revêtement superficiel rugueux et hydrophobe. Source: Swiss Nano-Cube

12 © 2014 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Objectifs pédagogiques  Comprendre l'effet hydrophobe et expliquer pourquoi l'hydrophobie n'est pas identique au rejet de l'eau.  Comprendre en quoi consistent les propriétés particulières du lotus.  Pouvoir décrire le procédé sol-gel.  Pouvoir expliquer ce que signifie la superhydrophobie. 12