parfois, l’eau se propage uniformément lorsqu’elle frappe une surface; parfois, elle perle en minuscules gouttelettes. Bien que les gens aient remarqué ces différences depuis l’Antiquité, une meilleure compréhension de ces propriétés et de nouvelles façons de les contrôler peuvent apporter de nouvelles applications importantes.
Les matériaux ayant une affinité particulière pour l’eau — ceux sur lesquels elle se répand, maximisant le contact — sont connus comme hydrophiles., Ceux qui repoussent naturellement l’eau, provoquant la formation de gouttelettes, sont connus comme hydrophobes. Les deux classes de matériaux peuvent avoir un impact significatif sur les performances des centrales électriques, de l’électronique, des ailes d’avion et des usines de dessalement, entre autres technologies, explique Kripa Varanasi, professeur agrégé de génie mécanique au MIT. L’amélioration des surfaces hydrophiles et hydrophobes pourrait fournir des bouteilles de ketchup où le condiment glisse juste, des verres qui ne s’embuent jamais ou des centrales électriques qui essorent plus d’électricité à partir d’une quantité donnée de carburant.,

Photo gracieuseté de Rong Xiao et Nenad Miljkovic

Les matériaux hydrophiles et hydrophobes sont définis par la géométrie de l’eau sur une surface plane — en particulier, l’angle entre le bord d’une gouttelette et la surface en dessous. C’est ce qu’on appelle l’angle de contact.
Si la gouttelette se propage, mouillant une grande surface de la surface, alors l’angle de contact est inférieur à 90 degrés et cette surface est considérée comme hydrophile, ou aimant l’eau (des mots grecs pour l’eau, hydro, et l’amour, philos)., Mais si la gouttelette forme une sphère qui touche à peine la surface — comme des gouttes d’eau sur une plaque chauffante chaude — l’angle de contact est supérieur à 90 degrés et la surface est hydrophobe ou craignant l’eau.
mais la terminologie ne s’arrête pas là: la plupart des recherches actuelles sur les matériaux hydrophobes et hydrophiles se concentrent sur des cas extrêmes — à savoir, les matériaux superhydrophobes et superhydrophiles. Bien que les définitions de ces Termes soient moins précises, les surfaces où des gouttelettes serrées forment un angle de contact de plus de 160 degrés sont considérées comme superhydrophobes., Si les gouttelettes sont étalées presque à plat, avec un angle de contact inférieur à environ 20 degrés, la surface est superhydrophile.
 » dans beaucoup de cas, c’est le comportement extrême qui est utile en ingénierie”, explique Evelyn Wang, professeur agrégé de génie mécanique au MIT qui se spécialise dans les matériaux superhydrophobes. Par exemple, les surfaces des condenseurs dans les usines de dessalement ou les centrales électriques fonctionnent mieux lorsqu’elles sont superhydrophobes, de sorte que les gouttelettes glissent constamment et peuvent être remplacées par de nouvelles., Inversement, pour les applications où l’eau coule sur une surface pour l’empêcher de surchauffer, il est souhaitable d’avoir un matériau superhydrophile, pour assurer un contact maximal entre l’eau et la surface.

Pourquoi ces phénomènes se produisent? C’est essentiellement une question de chimie de surface, qui est déterminée par les caractéristiques des matériaux utilisés. La forme d’une surface peut également amplifier les effets: par exemple, si un matériau est hydrophobe, la création de nanopatterns sur sa surface peut augmenter la surface de contact avec une gouttelette, amplifier l’effet et rendre la surface superhydrophobe., De même, la nanopatterning d’une surface hydrophile peut la rendre superhydrophile. (Il existe cependant des exceptions où des types spéciaux de motifs peuvent réellement inverser les propriétés ordinaires d’un matériau.)
il devient plus compliqué quand les choses bougent-comme c’est souvent le cas dans des situations du monde réel. Par exemple, lorsqu’une surface plane est inclinée, les gouttelettes peuvent commencer à glisser, déformant leurs formes., Ainsi, au-delà des mesures des angles de contact statiques, une compréhension complète des propriétés d’une surface nécessite également une analyse de la façon dont les angles de contact sur ses bords avançant (avant) et reculant (arrière) diffèrent lorsque la surface est inclinée.
parce que le monde naturel est plein de surfaces hydrophobes et hydrophiles, les bases du phénomène sont connues des scientifiques depuis au moins deux siècles. Par exemple, la feuille de lotus est un exemple bien connu de matériau hydrophobe, protégeant la plante aquatique de l’engorgement., Certaines espèces, comme le coléoptère stenocara du désert du Namib en Afrique, combinent les deux caractéristiques: le dos et les ailes de l’insecte ont des bosses hydrophiles qui encouragent la condensation du brouillard; ceux — ci sont entourés de creux hydrophobes, qui recueillent les gouttelettes résultantes et les entonnent vers la bouche du coléoptère-lui permettant de survivre dans l’un des endroits
un domaine d’intérêt moderne dans les surfaces hydrophobes et hydrophiles a à voir avec l’efficacité énergétique., Les surfaces superhydrophobes en cours de développement par des chercheurs du MIT et d’ailleurs pourraient conduire à un meilleur transfert de chaleur dans les condenseurs de centrales électriques, augmentant ainsi leur efficacité globale. De telles surfaces pourraient également augmenter l’efficacité des usines de dessalement.,
Les nouvelles technologies ont également contribué au domaine: la capacité de créer des surfaces nanopatternées, avec des bosses ou des crêtes de quelques milliardièmes de mètre de diamètre, a permis une nouvelle génération de matériaux d’accaparement et de délestage de l’eau; la nouvelle imagerie haute résolution des surfaces en mouvement a permis une meilleure compréhension des processus impliqués.
La recherche rendue possible par les nouvelles technologies permet de comprendre, et de manipuler, ces comportements à un niveau de détail impensable il y a une décennie ou deux., Mais parfois, les nouvelles méthodes montrent à quel point les scientifiques avaient compris les choses il y a longtemps: « C’est incroyable”, dit Varanasi, « que certaines des choses que nous pouvons valider maintenant aient été prédites il y a un siècle.”