c) Les forces de Van der Waals
La question qui se pose alors est qu'est-ce qui pourrait expliquer cette incroyable adhérence ?
Après de très nombreuses études sur la question, les scientifiques ont longtemps hésité afin de connaitre la véritable nature de cette adhérence. En effet, ceux-ci hésitaient entre les forces capillaires, un mécanisme physique permettant le maintien en contact de deux corps par l’intermédiaire d’un mince fil de liquide, et les forces de Van der Waals pour expliquer l'adhérence du gecko.
C'est en 2002 que la véritable nature de cette adhérence a été trouvée : les forces de Van der Waals. En étudiant la relation entre l’hydrophobie et l’énergie d’adhérence, il a été montré que les forces adhésives n’augmentent pas sur les surfaces hydrophiles, et donc polaire. La non-augmentation des forces adhésives sur les surfaces hydrophiles est ainsi en accord avec les forces de van der Waals. En mesurant cette adhérence sur d'autres surfaces, les scientifiques ont ainsi réussi à prouver que cette adhérence ne peut s'expliquer que par les forces de Van der Waals.
Mais en 2005, une équipe de scientifiques a réussi à montrer, en revenant à l’hypothèse d’adhérence capillaire, que les spatules du gecko adhèrent mieux dans une atmosphère humide que dans une atmosphère sèche, se mettant alors en totale contradiction avec l’hydrophobie des sétules de gecko.
Mais au final, laquelle de ces 2 forces permet au gecko d'accrocher ainsi aux parois ?
Il a fallu attendre les recherches de scientifiques de l'Institut Max Planck pour enfin clore ce débat.
Comme dit précédemment, en présence d'air sec, l'adhérence est déjà importante et augmente avec l'humidité. Cependant, ceux-ci n'ont pu détecter aucun pont capillaire, étant les médiateurs des forces capillaire, même avec une hygrométrie très élevée où deux couches de molécules d'eau peuvent au maximum être formées. Celles-ci augmenteraient donc le nombre de liaisons de Van de Waals, étant les seules forces restantes pour expliquer cette adhérence.
Quelles sont ces forces et comment fonctionnent-elles ?
Les capacités d'adhérence du gecko sont ainsi liées aux forces de Van der Waals. Celles-ci permettent la modélisation d'interactions électriques entre les atomes et les molécules à très courte distance et permettent donc s'expliquer la stabilité de la matière au niveau moléculaire. Ces forces varient en 1/r7, signifiant donc qu’elles diminuent rapidement avec la distance. Elles tiennent leur nom du célèbre physicien néerlandais Johannes Diderik van der Waals (1837-1923).
Pour faire simple, il peut arriver que des inégalités entre chaque côté de l’atome se produisent, les électrons gravitant autour, alors l’un sera chargé positivement et l’autre négativement. Si l’extrémité des sétules des geckos rentre en contact avec une surface, il arrivera que le côté positif de la sétule rencontre un côté négatif, et comme les charges sont opposées, celles-ci s’attireront forcément, permettant ainsi aux geckos d’adhérer.
Celles-ci ont 3 origines distinctes correspondant à 3 interactions électriques différentes entre les molécules:
- Le premier type d'interaction est lié aux forces de Keesom, correspondant à l’interaction entre deux modèles polaires permanents (dipôle/dipôle). Un dipôle permanent résulte d’une asymétrie dans la distribution des charges électroniques au sein d’une molécule. Ces forces sont directionnelles et ont ainsi des effets d'orientation.
- Le deuxième type d'interactions est lié, lui, aux forces de Debye qui se créent par l’interaction entre un dipôle permanent et un dipôle induit et expriment les effets d’induction des forces de van der Waals. Un dipôle induit se forme dans une molécule ou un atome lorsqu’une autre molécule, un autre atome ou un ion se trouve à proximité, induisant alors, par une interaction électrostatique entre la charge de l’autre molécule/atome/ion et les électrons de la molécule cible, une déformation temporaire du nuage électronique.
- Enfin, le troisième type d'interactions est lié aux forces de dispersion de London, traduisant l'interaction entre deux dipôles induits. Ces forces existent grâce au fait que la densité électronique des molécules est probabiliste, ainsi une légère inhomogénéité du nuage électronique dans une molécule ou un atome va créer un dipôle induit qui entrainera par la suite la création d’un autre dipôle induit sur la molécule voisine et ainsi de suite.
Pour résumé, les scientifiques ont réussi à démontrer que l'adhérence du gecko s'explique par un seul type de force, les forces de Van der Waals, traduisant des interactions entre les molécules ou les atomes par 3 forces distinctes, les forces de Keesom, Debye et London.
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