Pourra-t-on marcher sur l'eau ?
Pourra-t-on marcher sur l’eau ?
Des punaises aquatiques, les gerris, et des lézards d’Amérique tropicale, les basilics, le peuvent déjà. Chacun à sa manière, avec deux techniques totalement différentes, dont les chercheurs tentent de s’inspirer pour créer des robots marcheurs capables d’arpenter la surface de l’eau.
Les gerris, qui mesurent à peine un centimètre de long, courent et sautent sur l’eau à des vitesses d’un mètre par seconde ce qui, rapporté à la taille humaine, équivaudrait à plus de 700 km par heure. Cette performance est possible, comme l’a expliqué en 2003 John W.M. Bush du MIT dans la revue Nature, car l’eau possède une tension superficielle suffisamment élevée.
La surface de l’eau se comporte comme une fine pellicule extensible et élastique sur laquelle prennent appui les trois paires de pattes du gerris, entièrement équipées de structures micrométriques en pointes, de soies superhydrophobes, qui augmentent la surface de contact.
Des photographies prises à la caméra ultrarapide ont montré l’existence de deux tourbillons hémisphériques dans le sillage de chacune des pattes médianes. Les insectes poussent l’eau vers le bas, créant des tourbillons en forme de fer à cheval se traduisant par un mouvement de l’eau en sens inverse, ce qui assure la propulsion de l’insecte, à la manière des pales d’un avion, en participant aux transferts de quantité de mouvement et d’énergie.
Des chercheurs américains, de l’équipe de Metin Sitti, ont fabriqué des « araignées » d’eau constituées de huit pattes faites de fines tiges métalliques recouvertes de matière plastique hydrophobe et longues de sept centimètres environ.
Leur corps, en fibre de carbone, supporte des actionneurs piézo-électriques, qui font office de muscles en se déformant en fonction du courant qui les parcourt. L’animal reçoit l’électricité par des fils et trois circuits permettent de contrôler ses mouvements. Metin Sitti espère créer une version plus élaborée qui pourrait effectuer des mesures chimiques en eaux stagnantes. Pour un homme toutefois, il faudrait un tour de pied de plusieurs kilomètres.
Les basilics, pour leur part, réussissent à courir sur l’eau à des vitesses d’une dizaine de kilomètres par heure. En 1996, des chercheurs du MIT, James Glasheen et Thomas McMahon, ont filmé la course d’un basilic à l’aide d’une caméra ultrarapide : le mouvement se décompose en trois phases.
La première étape s’apparente au plat d’un plongeur. Le lézard frappe la surface de l’eau de sa patte et, ce faisant, lui cède une partie de sa quantité de mouvement. Il accélère un petit volume d’eau et l’eau répond en exerçant une force d’impact sur la patte, ce qui la ralentit.
Lors de la seconde étape, la patte s’enfonce, suffisamment vite pour que l’eau ne la recouvre pas immédiatement. Il se crée dans l’eau une poche d’air en forme de cavité cylindrique. L’eau des parois se met ensuite en mouvement et le cylindre d’air rétrécit. Durant cette phase, elle exerce sur la patte une force de traînée hydrodynamique, proportionnelle au carré de la vitesse, à la surface du pied et à la masse volumique de l’eau, à laquelle s’ajoute une force due à la pression hydrostatique, qui croît avec la profondeur.
Lors de la troisième étape, le basilic retire rapidement sa patte avant que la cavité se referme. Le temps qu’elle met à se combler, une cinquantaine de millisecondes, conditionne le rythme des foulées.
La force exercée est largement suffisante pour de jeunes spécimens ne pesant que quelques grammes. La marge est plus réduite pour des sujets plus âgés, dont la masse est de l’ordre de deux cents grammes. Pour un homme de 70 kilogrammes dont la plante de pied fait 300 cm2, il faudrait une vitesse d’impact de sept mètres par seconde, soit une puissance de cinq kilowatts, très supérieure à celle d’un athlète qui délivre 1,5 kilowatt au sprint. Et, en tenant
Compte de la durée réduite du contact par rapport à la foulée ainsi que des forces horizontales, J. Glasheen et Th. McMahon arrivent à une vitesse d’impact non plus de sept mais de trente mètres par seconde.
Vidéo : Pourra-t-on marcher sur l’eau ?
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