Une étude inspirée des araignées qui vivent sous l’eau pourrait aider l’industrie à contrôler les gaz toxiques ou inflammables dans les conduites de fluides.
Les chercheurs de l’Université de recherche PSL à Paris, en France, se sont inspirés de l’araignée cloche à plongeur (Argyroneta Aquatica), qui piège une couche d’air autour de son corps pour pouvoir respirer sous l’eau.
« L’inspiration est venue en regardant ces animaux qui utilisent des structures aérophiles pour capturer l’air – pour eux, c’est une stratégie de survie. Pouvons-nous exploiter les idées développées par la nature ? « , explique Hélène de Maleprade, auteur principal d’un article paru dans Applied Physics Letters.
Les araignées ont des poils sur l’abdomen qui repoussent l’eau, une propriété dite hydrophobe – et plus rarement aérophile, ou attirant l’air. Elles respirent par leur abdomen, et la couche d’air qu’elles emprisonnent leur permet de vivre efficacement sous l’eau – en chassant, se reposant, s’accouplant et pondant des œufs sans terre ferme.
L’équipe a imité un seul poil du ventre d’une araignée en enduisant un fil d’un spray hydrophobe commercial. Lorsqu’ils l’ont immergé, ils ont observé que les bulles se fixaient au fil, et si le fil était incliné, elles étaient guidées vers le haut le long du fil, même à des angles aussi faibles que dix degrés par rapport à l’horizontale.
Le scénario similaire de gouttelettes d’eau descendant le long d’un fil dans l’air est bien compris, mais la situation de bulles dans l’eau a surpris de Maleprade et ses collègues.
Leur analyse des forces sur les bulles a montré que la plus grande partie de la traînée provenait d’une peau d’eau autour de la bulle, contrairement à la gouttelette, dans laquelle la traînée provient des extrémités de la zone de contact entre l’eau et le fil.
« L’air est facile à déplacer, mais pas l’eau – la friction se produit toujours dans l’eau. Il est plus difficile de déplacer l’eau autour de la bulle plutôt que de déplacer la bulle elle-même », dit de Maleprade.
En faisant varier l’angle des fils, la taille des bulles et la viscosité du fluide, l’équipe a pu construire une image complète de la physique et élaborer l’interaction entre l’inertie, la flottabilité, la viscosité et la tension de surface.
Bien qu’ils aient commencé leur étude sans avoir d’applications en tête, ils ont déjà été contactés par des intérêts industriels qui peuvent voir le potentiel de ces nouvelles connaissances.
Les gaz piégés peuvent être problématiques dans les industries basées sur les flux de liquides : la capacité de piéger et de guider les bulles de gaz hors des lignes d’écoulement pourrait être une aubaine majeure pour réduire les risques de sécurité, en particulier si les gaz sont dangereusement toxiques ou inflammables.