La nanotechnologie pour grimper aux murs, littéralement

Cette recherche s'inscrit dans la foulée des projets qui tentent de créer un matériau capable d'imiter les performances d'un gecko, une variété de lézards capable de gravir un mur lisse grâce aux poils élastiques microscopiques qui garnissent le dessous de ses pattes.

Dirigé par Liangti Qu, ce projet de recherche est le fruit de la collaboration de scientifiques provenant de l'Université de Dayton, de l'Institut de technologie de Géorgie, du Laboratoire de recherche des forces armées américaines et de l'Université d'Akron.

Le nouveau matériau adhésif développé par cette équipe de chercheurs est composé de nanotubes de carbone. D'autres équipes avaient déjà développé des matériaux du même type, mais celui-ci se distingue de ses prédécesseurs par le fait que son pouvoir d'adhérence est trois fois supérieur au record précédent et, surtout, parce que, pour la première fois,

«La résistance aux forces de cisaillement (vers le bas, causées par la gravité) conserve l'adhésif de nanotubes très solidement attaché à la surface verticale, mais vous pouvez cependant le décoller de la surface en le tirant dans la direction normale (perpendiculairement)», explique Liming Dai, un des auteurs de cette recherche.

Comment l'adhérence peut-elle différer selon la direction de la force qu'on applique? Le secret réside dans le fait que les nanotubes de carbone possèdent des extrémités courbes et emmêlées, un peu comme des spaghettis.

Lorsqu'ils sont appliqués sur une surface verticale et qu'on exerce une force également verticale (la gravité), la partie emmêlée des nanotubes se délie et une portion considérable des filaments adhère à la surface. Cette plus grande surface de contact explique l'accroissement des forces - dites de «van der Waals» - qui retiennent les nanotubes de carbone à la surface.

Les forces de van der Waals, qui sont responsables de l'adhérence, agissent aux niveaux atomique et moléculaire comme une interaction électrique de faible intensité.

À l'inverse, lorsqu'on tire les nanotubes perpendiculairement à la surface, seules les extrémités collent à la surface. L'aire de contact étant alors plus réduite, les forces d'adhérence le sont également.

«Cela nous permet d'imiter vraiment ce que le gecko fait naturellement», souligne Zhong Lin Wang, un autre chercheur du projet.

Ces scientifiques ont testé leur adhésif de nanotubes sur des surfaces telles que du verre, du Teflon et du papier à sabler. Les forces de cisaillement - qui luttent contre la gravité - pouvaient atteindre 100 newtons (c'est-à-dire le poids d'une masse de 10 kilogrammes) par centimètre carré de nanotubes. Dans la direction perpendiculaire, une force horizontale de 10 newtons (l'équivalent d'une masse de 1kg) suffisait à décoller une surface d'un centimètre carré de nanotubes de carbone.

Les chercheurs indiquent que ce matériau pourrait avoir des applications pratiques, par exemple maintenir ensemble des composantes électroniques sans besoin de soudure (les nanotubes de carbone conduisent l'électricité) ou pour coller des éléments dans le vide de l'espace.

Liangti Qu, Liming Dai, Morley Stone, Zhenhai Xia et Zhong Lin Wang ont publié l'article «Carbon Nanotube Arrays with Strong Shear Binding-On and Easy Normal Lifting-Off» dans l'édition du 10 octobre de la revue Science afin de détailler leurs travaux. Lire également le communiqué de l'Institut de technologie de Géorgie.