un Lundi par mois à 18 h30

Le pelage d'un chien qui sort de l'eau s'organise en touffes ébouriffées. Combien il y a-t-il de poils dans un amas? Que se passe-t-il lorsque l'on pose une goutte d'eau sur une feuille flexible?
La réponse résulte d'un équilibre entre les forces capillaires dues au liquide emprisonné et à la rigidité des supports.

Poils mouillés

Le pelage d'un chien qui sort de l'eau s'organise en touffes ébouriffées. Combien il y a-t-il de poils dans un amas? La réponse résulte d'un équilibre entre les forces capillaires dues au liquide emprisonné et l'élasticité des poils. Plus généralement, le collage d'éléments flexibles dégrade les microsystèmes mécaniques et par exemple, provoque l'occlusion des voies pulmonaires, mais permet également aux coléoptères de grimper sur les murs.

Pelage mouillé...

"Forêt" humide de nanotubes de carbone:
les tubes initialement parallèles se regroupent en fagots.

Brosse retirée d'un bain: les mèches s'agrègent
progressivement par paires et forment des amas
de plus en plus gros.

Origami capillaire

Que se passe-t-il lorsque l'on pose une goutte d'eau sur une feuille flexible? La feuille enrobe-t-elle spontanément la goutte? Oui, si les forces capillaires surpassent la rigidité de la feuille!

À quelles formes conduit une évaporation partielle de la goutte? La conformation finale est dictée par la patron initial de la feuille. Pyramides, cubes ou quasi-sphères sont obtenus respectivement à partir de triangles, croix ou de formes de fleurs.

Goutte d'eau posé sur une feuille flexible carrée, triangulaire, en forme de croix ou en forme de fleur.

Au delà de la curiosité scientifique (ce problème est intimement connecté au théorème fondamental de Gauss en géométrie différentielle, le theorema egregium), nous pensons que ce mécanisme d'origami capillaire est pertinent pour élaborer des microstructures tri-dimensionnelles à partir de patrons bi-dimensionnels. À petite échelle, les forces capillaires deviennent en effet dominantes et de petites gouttes d'eau pourraient ainsi servir de micro-pinces ou tenailles.

Lien multimédia: De l'eau qui colle, film d'Emmanuèle Lagrange pour la Cité des Sciences.

VIDEO de la conférence

Laboratoire de Physique et Mécanique des Milieux Hétérogènes ESPCI