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professionnelles, les écoles d'enseignement secondaire et les
établissements supérieurs spécialisés




Le Lotus-Effekt®



 Date:            1er avril 2011


 Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft
 Lerchenfeldstrasse 5, CH-9014 Saint-Gall
 Tél. +41 (0) 71 274 72 66, info@swissnanocube.ch
 www.swissnanocube.ch.
Surfaces autonettoyantes: Copié sur la Nature




                                    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.




            © 2011 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen                                   2
Table des matières
 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:




© 2011 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen   3
Introduction
Vidéo: Lotusan: Utilisation technique de l'effet lotus




                                        Vidéo sur Lotusan




                   www.sto.de




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Fondements théoriques
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).




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Fondements théoriques
Tension superficielle

    Air (mélange gazeux)




    Surface liant faiblement l'eau
   Source: Swiss Nano-Cube




  © 2011 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen   6
Fondements théoriques
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.




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Fondements théoriques
La feuille de lotus (I): Structure superficielle




                                 Cristaux de cire épicuticulaires




                                 Papilles
       Source: Swiss Nano-Cube




     Superhydrophobie: Hydrophobie + surface de contact réduite

                            Très faible adhérence contre la surface



      © 2011 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen   8
Fondements théoriques
La feuille de lotus (I): angle de contact




       Source: Swiss Nano-Cube




      © 2011 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen   9
Fondements théoriques
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.




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Fondements théoriques
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


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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.




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  • 1. 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® Date: 1er avril 2011 Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft Lerchenfeldstrasse 5, CH-9014 Saint-Gall Tél. +41 (0) 71 274 72 66, info@swissnanocube.ch www.swissnanocube.ch.
  • 2. Surfaces autonettoyantes: Copié sur la Nature 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. © 2011 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen 2
  • 3. Table des matières  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: © 2011 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen 3
  • 4. Introduction Vidéo: Lotusan: Utilisation technique de l'effet lotus Vidéo sur Lotusan www.sto.de © 2011 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen 4
  • 5. Fondements théoriques 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). © 2011 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen 5
  • 6. Fondements théoriques Tension superficielle Air (mélange gazeux) Surface liant faiblement l'eau Source: Swiss Nano-Cube © 2011 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen 6
  • 7. Fondements théoriques 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. © 2011 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen 7
  • 8. Fondements théoriques La feuille de lotus (I): Structure superficielle Cristaux de cire épicuticulaires Papilles Source: Swiss Nano-Cube Superhydrophobie: Hydrophobie + surface de contact réduite Très faible adhérence contre la surface © 2011 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen 8
  • 9. Fondements théoriques La feuille de lotus (I): angle de contact Source: Swiss Nano-Cube © 2011 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen 9
  • 10. Fondements théoriques 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. © 2011 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen 10
  • 11. Fondements théoriques 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 © 2011 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen 11
  • 12. 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. © 2011 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen 12