Comment les feuilles de lotus font-elles leur toilette?
Les découvertes scientifiques ont parfois besoin d’un terme accrocheur pour stimuler notre imagination. L’«effet Lotus» en est un parfait exemple. Utilisé pour décrire les étonnantes propriétés autonettoyantes de la feuille de lotus, ce terme a ensuite été utilisé pour commercialiser toute une série de produits. «L’“effet lotus” pourrait également s’appeler “effet chou”», fait remarquer Nico Bruns, avec une pointe d’ironie. Professeur en matériaux fonctionnels durables à l’université technique de Darmstadt, en Allemagne, il explique: «Il s’agit d’un principe général que l’on retrouve dans toutes sortes de plantes.» Lorsque de l’eau est appliquée sur des surfaces hydrophiles (qui sont attirées par l’eau), un film aqueux se forme. Sur les surfaces légèrement hydrophobes, l’eau reste sur le dessus, mais ne forme pas nécessairement de gouttelettes. Ce n’est que sur les surfaces superhydrophobes, comme celles de la feuille de lotus, que l’eau forme des gouttelettes qui se mettent directement à rouler. «La feuille de lotus crée une surface superhydrophobe en excrétant de la cire à travers sa cuticule (sa couche la plus externe)», explique Nico Bruns. «Si vous regardez au microscope, vous verrez que la surface de la feuille est constituée de pointes formées par les cellules de l’épiderme. Au sommet de ces structures, on trouve de minuscules cristaux de cire qui créent un autre niveau de rugosité.» C’est cette combinaison de caractéristiques de surface qui donne aux feuilles leur caractère particulier: lorsque les gouttelettes roulent, elles ramassent la poussière et d’autres polluants, nettoyant ainsi la feuille au passage.
Les applications de l’«effet lotus»
Lorsque les scientifiques ont découvert ce phénomène, ils ont eu la bonne idée de le baptiser “effet lotus”», explique Nico Bruns. «Cette plante est associée à la pureté, en particulier en Asie. On trouve aujourd’hui des produits tels que la peinture autonettoyante à effet lotus, qui reproduit la structure superficielle de la feuille et promet de nettoyer la façade de votre maison lorsqu’il pleut.» D’autres produits, comme le verre et les pare-brise de voiture autonettoyants, ont également adapté ce concept. Les structures superhydrophobes peuvent finir par s’estomper: ce n’est pas vraiment un problème pour une plante qui peut faire pousser de nouvelles feuilles, mais les pare-brise ne sont pas si faciles à remplacer.
Apprendre à connaître les feuilles
Pour Nico Bruns, il nous reste encore beaucoup à apprendre sur le comportement dynamique et complexe des plantes. Dans le cadre du projet PlaMatSu, financé par l’UE, il a étudié la cuticule des plantes avec ses collègues. «Il s’agit d’une structure très intéressante», ajoute-t-il. «C’est la couche supérieure de la feuille, qui est en fait créée par les cellules sous-jacentes. Ces dernières excrètent à leur surface un mélange de cires, de carbohydrates et de protéines, qui forme la cuticule.» L’équipe du projet a remarqué que les cuticules possédaient toutes sortes de formes et de structures: elles peuvent être ridées, plates ou hérissées. Ces surfaces peuvent empêcher un insecte de s’accrocher à la feuille pour se nourrir. L’équipe du projet PlaMatSu a essayé de recréer un matériau synthétique qui pourrait être appliqué sur les surfaces pour leur offrir une protection similaire. «Il arrive aussi que les cuticules contiennent ce qu’on appelle des couleurs structurelles», poursuit Nico Bruns. «Cela signifie que les effets de couleur ne sont pas basés sur des pigments, mais découlent uniquement de la structure. Le meilleur exemple est la couleur de certaines ailes de papillon, mais ce phénomène se retrouve également chez certaines plantes.» Inspirés par ce phénomène, les membres de l’équipe du projet ont mis au point un matériau se présentant sous la forme d’un film coloré structuré à base de cellulose, susceptible d’être produit en grandes quantités. Selon Nico Bruns, ce matériau pourrait ensuite être converti sous forme de paillettes entièrement dégradables et exemptes de toute matière plastique. Remercions chaleureusement ces incroyables surfaces autonettoyantes. Cliquez ici pour en savoir plus sur les recherches de Nico Bruns: De nouveaux matériaux exotiques inspirés du règne végétal
Mots‑clés
PlaMatSu, plantes, feuilles, lotus, cuticules, hydrophile, hydrophobe, cellulose