III.A) L'hydrophobie de l'aile de papillon

    Une surface superhydrophobique est caractérisée par un angle de contact entre la surface et l’eau égal (ou supérieur) à 150°. C’est-à-dire que seul 2% à 5% de la surface d’une goutte d’eau sont en contact avec la surface. Autrement dit, la surface superhydrophobe a alors un mouillage extrêmement faible.
Cet angle de contact est défini par la loi de Youg-Duprè.

Une goutte de liquide posée sur un solide peut être plus ou moins ronde ou plate.

La loi de Young-Dupré donne l'expression de l'angle de contact d'une goutte liquide déposée sur un substrat solide, en équilibre avec une phase vapeur gSV, gSL et gLV désignent respectivement la tension superficielle des interfaces solide/vapeur, solide/liquide et liquide/vapeur.

Les trois tensions associées aux trois interfaces doivent s'équilibrer pour que la ligne triple, encore appelée ligne de contact, soit à l'arrêt. La somme vectorielle des trois tensions est donc en principe nulle

Loi de Yong-Dupré:

Un angle de contact faible (goutte très plate) constitue une situation de bon mouillage.

À l'inverse, lorsque l'angle de contact est grand (goutte formant une sphère plus complète), on parle de mauvais mouillage.

La tension superficielle

Au sein d'un fluide les molécules exercent entre elles des forces d'attraction ou de répulsion.

Ces forces intermoléculaires contribuent à diminuer l'énergie du fluide, et donc à le stabiliser.

Dans le cas de l'eau, ce sont les liaisons hydrogène qui confèrent à l’eau sa force de cohésion.

Les molécules de la surface, exposées au gaz, ne se lient qu'avec les molécules du liquide situées à côté sur la surface ou en dessous d'elles dans le liquide. La résultante des forces pour les molécules de la surface est donc dirigée vers l'intérieur du liquide.

Les liaisons hydrogènes :

Ce sont des interactions de type électrostatique entre un atome hydrogène et un atome possédant un doublet électronique non liant.

Il faut que l'atome d'hydrogène soit lié à un atome suffisamment électronégatif (O, N, halogène).

  

    On peut dire qu’une surface est hydrophobe quand la forme d’une goutte sur cette surface est supérieur à 90° et qu'elle est superhydrophobe quand l’angle est supérieur ou égal a 150°. Voici un schéma servant à montrer la forme d’une goutte d'eau selon l’angle de contact qu’il y a entre la goutte d’eau et la surface :

Sur notre aile de papillon Morpho l’angle est de 129,4°. On se rapproche donc du cas A de superhydrophobie.

L'eau roule alors très facilement sur la surface de l'aile (vidéo de l'expérience avec l'eau sur l'aile). Sur notre aile de papillon Morpho c’est le cas A donc notre aile de papillon Morpho est superhydrophobe. Cela permet aussi à l’eau de glisser très facilement.
 

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