Des ingénieurs ont créé des versions synthétiques de plumes de canard qui sont tout aussi efficaces pour repousser l’eau que les vraies.

Le vieux dicton « comme l’eau sur le dos d’un canard » est bien mérité : ces oiseaux qui aiment l’eau ont des plumes spécialisées qui les empêchent d’être trop mouillés. Des ingénieurs de Virginia Tech ont étudié la physique de leur fonctionnement et ont mis au point des plumes synthétiques qui pourraient aider les navires à glisser plus facilement sur l’eau.

Les plumes de canard doivent leur capacité à repousser l’eau à quelques caractéristiques qui fonctionnent en tandem. Tout d’abord, les canards répandent régulièrement de l’huile provenant d’une glande spéciale sur leurs plumes extérieures, ce qui permet à l’eau de former des gouttelettes et de rouler immédiatement. Mais la structure à l’échelle microscopique des plumes joue également un rôle essentiel, en retenant l’air qui éloigne l’eau de la peau de l’oiseau.

Les chercheurs de Virginia Tech ont d’abord étudié ce qui se passe lorsque plusieurs couches de ces plumes sont empilées. Ils ont partiellement scellé une série de plumes et les ont empilées les unes sur les autres de sorte que les sections non scellées soient alignées. L’ensemble a été placé dans une chambre à pression, puis de l’eau a été versée sur la plume supérieure et de l’air a été introduit pour faire descendre l’eau à travers les plumes.

L’équipe a comparé en laboratoire des plumes de canard réelles et synthétiques, et a constaté que les deux repoussaient bien l’eau.

L’équipe a constaté que, naturellement, plus il y a de couches de plumes, plus la pression nécessaire pour faire passer l’eau à travers toutes ces couches est élevée. Et il semble bien que les différentes espèces de canards aient tendance à avoir la bonne quantité de couches de plumes pour rester au sec, en fonction de la profondeur à laquelle ils plongent habituellement.

« Notre hypothèse était d’utiliser plusieurs couches de plumes pour que l’eau ne pénètre que partiellement, mais qu’il y ait des poches d’air en dessous », explique Jonathan Boreyko, auteur correspondant de l’étude. « Tant que ces poches d’air sont présentes, cela empêche un phénomène appelé mouillage irréversible. Tant que le mouillage n’est que partiel, ils peuvent le secouer lorsqu’ils remontent à la surface. »

Sur la base de ce qu’ils avaient appris de la nature, les chercheurs ont ensuite entrepris de concevoir leurs propres plumes synthétiques résistantes à l’eau. Ils ont commencé par une fine feuille d’aluminium, dans laquelle ils ont découpé au laser une série de fentes d’un dixième de millimètre de large seulement, puis ils y ont gravé une nanostructure ressemblant à de minuscules poils. Le résultat est une surface élevée qui emprisonne plus facilement les poches d’air.

Le chercheur Jonathan Boreyko présente une section de plume synthétique.

Lorsqu’ils ont refait les tests, les chercheurs ont constaté que leurs versions synthétiques fonctionnaient tout aussi bien que leur inspiration naturelle. Selon l’équipe, cette technique pourrait éventuellement être utilisée pour fabriquer des plumes synthétiques pour les navires, afin de réduire la traînée et d’empêcher les bernacles de s’accrocher.

« Si nous considérons un navire se déplaçant sur l’eau comme un oiseau artificiel, pour l’instant il nage nu », explique Boreyko. « Nous nous demandons si le fait d’habiller le navire de plumes pourrait lui conférer les mêmes améliorations que celles dont bénéficient les oiseaux aquatiques. »

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c04480#

https://vtx.vt.edu/articles/2021/05/eng-research-boreyko-feathers-0521.html