Gecko et van der Waals

Si l'interaction électrostatique entre deux particules chargées est la plus connue et provoque une force importante, les forces de van der Waals (prix Nobel 1910) interviennent à un niveau plus modeste –mais physiquement important, en particulier lorsque les gaz ne sont plus considérés parfaits–, entre atomes, molécules et cristaux, et résulte en une force attractive de faible portée, que l'on peut décomposer en trois sections.

Notez le coefficient en 1/r⁶ indiquant une décroissance très rapide avec la distance, indication de la faible portée.

Ces forces ne concernent que les molécules polaires, où un dipôle électrique est permanent.

Les dipôles interagissent entre eux, plus ils sont grands et plus la force est importante (tout en restant assez modeste), et cette force diminue avec la température.

Lorsqu'un atome ou une molécule est soumise à un champ électrique, son son nuage électronique se déforme.

Un dipôle permanent –une molécule polaire– induira ainsi un dipôle dans une autre molécule, qu'elle soit polaire ou apolaire. Et des forces électrostatiques agiront entre les deux.

Plus les dipôles sont grands, plus la force est importante. Elle reste néanmoins du même ordre de grandeur que la force de Keesom.

Si une molécule (ou un atome) présente une inhomogénéité de son nuage électronique, elle devient polaire. Dans un réseau de molécules, elle va induire un dipôle à ses voisines et ainsi de suite, créant ensuite la force dite de London.

La nature, ou plutôt la sélection naturelle, a proposé une solution qui consiste à épouser au maximum la surface au niveau microscopique, attendu qu'il est impératif d'obtenir une distance quasi-nulle. Et de plus, il faut une marge importante pour que cela fonctionne et donne un avantage spécifique pour survivre.

Les 4 pattes du gecko ont des orteils qui se ramifient d'une manière étonnante, presque fractale :

• Chaque orteil comporte des rangées de sétules ou « setae », une sorte de poil d'un dixième de millimètre de long pour quelques microns de large.

• Chaque seta se ramifie en centaines, voire milliers de minuscules spatules ou « spatulae » de 200 nanomètres de long et large.

Ceci dit, j'ai quand même retrouvé un cadavre de tarente dans une caisse en plastique où l'adhésion n'était pas suffisante... Dans certaines boites, je les voyais glisser bêtement sans pouvoir grimper 😃

Les chercheurs se sont inspirés du gecko, forcément. Et parfois cela donne des produits. Quelques exemples, histoire d'illustrer, mais ne vous attendez pas à une liste exhaustive (voyez la revue de la situation dans l'article cité plus loin).

Le projet StickyBot (et les suivants) du Biomimetics & Dexterous Manipulation Laboratory de l’université de Stanford étudie comment adhérer comme un gecko depuis 2009 environ.

Et il existe plein d'autres robots comme ça : Rise, LEMUR 3, ACROBOT, Abigaille II & III, TBCP-II, Waalbot II ... Vous pensez bien que l'armée s'y est intéressée.

La NASA a travaillé sur un « gecko gripper » pour des robots se déplaçant sur des appareils spatiaux.

• [2017] Testing ON-OFF Gecko Adhesive Grippers in Microgravity
• En vente : Gecko Gripper

Et ce ne sont pas les seuls, l'utilité étant de déplacer des objets, et sans laisser de traces :

La société geCKo Materials vend un polymère adhésif.

Ce n'est qu'un exemple, d'autres structures sont étudiées :

On aimerait bien avoir un adhésif médical pour la peau, ce serait pratique. C'est également en recherche.

Un bon article qui fait le point de la situation, décrivant comment ça marche et les problèmes associés (comme l'auto-nettoyage) avec de nombreuses références (ça vous fera un bon point de départ si vous deviez explorer cette thématique) :