Les plumes de manchots pourraient receler une solution antigivrage efficace
En 1998, l’accumulation de glace sur les pylônes et les fils électriques a causé la crise du verglas qui a paralysé l’est du Canada et le nord-est des États-Unis et plongé une partie de la population dans la noirceur et le froid pendant des jours, voire des semaines. La plupart des techniques employées pour éliminer la glace des éoliennes, des pylônes, des drones ou encore des ailes d’avion sont chronophages, coûteuses et énergivores, et, de surcroît, elles nécessitent l’utilisation de divers produits chimiques. Une équipe de recherche de l’Université McGill s’est tournée vers la nature et croit avoir trouvé une piste de solution prometteuse inspirée du manchot papou, qui nage dans les eaux glacées de la région du pôle Sud. Malgré des températures à la surface bien en deçà du point de congélation, cet oiseau marin n’accumule aucune glace sur ses ailes.
« Nous avons d’abord examiné la feuille de lotus, sur laquelle l’eau glisse très facilement. Malheureusement, elle ne se débarrasse pas aussi facilement de la glace », souligne Anne Kietzig, qui a passé près de dix ans à chercher une solution. Professeure agrégée au Département de génie chimique de l’Université McGill, elle est aussi directrice du Laboratoire d’ingénierie biomimétique de surface. « Avant d’étudier les propriétés des plumes de manchots, nous n’avions jamais vu de matière issue de la nature capable d’évacuer à la fois l’eau et la glace. »
La photo de gauche montre la microstructure d’une plume de manchot (le gros plan de dix micromètres en médaillon équivaut à un dixième de la largeur d’un cheveu humain). Les barbes et barbules sont reliées au rachis de la plume. Par leurs « crochets », les barbes s’accrochent les unes aux autres. La photo de droite montre la toile métallique d’acier inoxydable sur laquelle les chercheurs ont pratiqué des nanorainures qui imitent la structure hiérarchique des plumes de manchots (structure filaire avec nanorainures en haut).
Un grillage métallique fin qui repousse l’eau et la glace comme une plume
« Nous avons découvert que la disposition hiérarchique des plumes facilitait l’évacuation de l’eau, et que les barbes en surface diminuaient l’adhérence de la glace », explique Michael Wood, nouvellement titulaire d’un doctorat, collaborateur d’Anne Kietzig et coauteur d’un article paru récemment dans ACS Applied Material Interfaces. « Nous avons réussi à reproduire ces mêmes propriétés hydrofuges et antigivrage dans une toile métallique usinée au laser. »
« Étonnamment, ce sont les pores de la toile, où se réfugie l’eau quand le mercure chute, qui détiennent le secret de l’évacuation de la glace, précise la Pre Kietzig. Comme l’eau emmagasinée dans ces pores est la dernière à geler, des fissures se créent au moment où elle prend de l’expansion, comme dans un moule à glaçons. La fissure qui se forme dans chacun des pores serpente le long de la surface de la toile tissée; il est alors très facile de dégager la glace. »
Des résultats préliminaires prometteurs
En soumettant des surfaces recouvertes de la toile métallique à des essais en soufflerie, l’équipe a constaté que ces surfaces affichaient une résistance à l’accumulation de glace de 95 % supérieure à celle d’une feuille d’acier inoxydable poli non recouverte. Comme aucun traitement chimique n’est nécessaire, cette nouvelle technique pourrait devenir une solution antigivrage « sans entretien » pour les éoliennes, les pylônes, les fils électriques et les drones.
« Étant donné les risques et la réglementation applicable au transport aérien de passagers, il est peu probable qu’on enveloppe les ailes d’avion d’une toile métallique, fait remarquer Anne Kietzig. Par contre, il est possible que les ailes d’avion soient un jour dotées d’une surface semblable à celle que nous étudions et que les procédés de dégivrage combinent les techniques traditionnelles avec les textures de surface inspirées des ailes de manchots. »
D’autres études seront nécessaires, mais les résultats observés jusqu’à maintenant sont prometteurs.
L’étude
L’article « Robust Anti-Icing Surfaces Based on Dual Functionality─Microstructurally-Induced Ice Shedding with Superimposed Nanostructurally-Enhanced Water Shedding », par Michael J. Wood, Gregory Brock, Juliette Debray, Phillip Servio et Anne-Marie Kietzig, a été publié dans ACS Applied Material Interfaces.
https://doi.org/10.1021/acsami.2c16972
L’Université McGill
Fondée en 1821, l’Université McGill accueille des étudiants, des professeurs et des employés d’exception de partout au Canada et du monde entier. Année après année, elle se classe parmi les meilleures universités du Canada et du monde. Établissement d’enseignement supérieur de renommée mondiale, l’Université McGill exerce ses activités de recherche dans trois campus, 11 facultés et 13 écoles professionnelles; elle compte 300 programmes d’études et au-delà de 40 000 étudiants, dont plus de 10 200 aux cycles supérieurs
