adhésion et des valeurs d’adhésion dans des conditions sèches et humides. Crédit : Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adn8343″>

Des chercheurs des universités d’Akron et de Pittsburgh ont récemment remis en question des idées reçues en découvrant que l’eau peut en réalité favoriser l’adhésion.

Le Dr. Ali Dhinojwala, titulaire de la chaire W. Gerald Austen et professeur à l’École des sciences polymères et de l’ingénierie polymère de l’Université d’Akron, a dirigé une équipe dont la découverte majeure — que l’eau peut améliorer l’adhésion dans des conditions contrôlées — a été publiée le 7 août dans Science Advances.

Les conséquences de cette recherche sont considérables, notamment dans des domaines biomédicaux tels que les bandages, les capteurs de santé pour la peau humide et des adhésifs avancés pouvant remplacer les sutures. Les connaissances acquises sur l’utilisation de la rugosité de surface et des propriétés des matériaux pourraient transformer des industries valant des milliards de dollars à l’échelle mondiale.

Conduire sur des routes mouillées ou appliquer des bandes adhésives sur une peau humide sont des défis quotidiens compliqués par la difficulté d’obtenir une adhésion solide sur des surfaces humides et rugueuses. Historiquement, la présence d’eau a été perçue comme un obstacle, perturbant les liaisons moléculaires nécessaires à une adhésion efficace. L’eau a tendance à s’accrocher aux surfaces et à se retrouver piégée dans la rugosité de surface, compliquant davantage le processus d’adhésion.

Dans une avancée significative, l’équipe du Dr. Dhinojwala — comprenant le Dr. Tevis Jacobs de l’Université de Pittsburgh, le Dr. Lars Pastewka de l’Université de Fribourg et le Dr. Anirudha Sumant du Laboratoire national d’Argonne — a fait cette découverte lors d’une étude mesurant l’adhésion d’un élastomère souple à des surfaces rugueuses précisément conçues, révélant une interaction complexe entre l’eau, la rugosité de surface et la dynamique d’adhésion.

Le Dr. Dhinojwala et l’étudiant diplômé Nityanshu Kumar ont réalisé des expériences sous-marines révolutionnaires et développé des modèles pour expliquer les résultats. Les surfaces rugueuses ont été préparées chimiquement au Laboratoire national d’Argonne et caractérisées à l’échelle atomique à l’Université de Pittsburgh. Des simulations de l’interface de séparation ont été effectuées à l’Université de Fribourg. Cette investigation n’a été possible que grâce à l’expertise complémentaire de cette équipe collaborative.

À l’encontre des attentes, la présence d’eau lors de la formation du contact perturbe initialement l’adhésion en empêchant le contact moléculaire sur près de la moitié de la surface en raison de molécules d’eau piégées. De plus, l’énergie nécessaire pour déformer l’élastomère et s’adapter à la rugosité de surface augmente considérablement en présence d’eau, réduisant ainsi l’adhésion initiale.

Étonnamment, bien que l’eau perturbe l’adhésion lors de la formation du contact, elle augmente l’adhésion de près de quatre fois lors du détachement. Grâce à des modèles analytiques et à une spectroscopie sensible à la surface, ces résultats ont montré que l’eau est piégée dans des poches de taille nanométrique. « Il est difficile d’établir un contact sous l’eau car une énergie supplémentaire est nécessaire pour évacuer l’eau et il est impossible de l’éliminer complètement, » a déclaré le Dr. Jacobs. « Mais nous avons été très surpris de constater que la même eau piégée qui rend difficile le rapprochement de deux surfaces, rend également beaucoup plus difficile leur séparation. »

« Ces résultats remettent en question la vision traditionnelle selon laquelle l’eau entrave universellement l’adhésion, » a affirmé le Dr. Dhinojwala. « En comprenant comment l’eau interagit avec la topographie de surface, nous pourrions potentiellement exploiter la rugosité pour améliorer l’adhésion, tout comme les geckos utilisent leurs pattes pour grimper sur des surfaces humides. »

La prochaine étape pour l’équipe du Dr. Dhinojwala consiste à affiner davantage ces découvertes afin de développer des applications pratiques qui tirent parti des avantages surprenants de l’eau dans la science de l’adhésion.