La feuille de lotus, structure

Étude de sa structure de la feuille de lotus

A l'échelle macroscopique 

Le lotus, Nelumbo nucifera Gaertn, de la famille des Nympheaceae, est une plante vivace aquatique, originaire d’Asie tropicale. Il est parfois naturalisé en France et on le trouve en Asie tropicale et subtropicale.

C'était un symbole de la Haute-Égypte, appelé lotus rouge, qui était cultivé le long des rives du Nil et employé dans les rituels sacrés  Pour les bouddhistes, le lotus est également le symbole de la pureté.

Ce symbole de pureté, en partie dû à l'aspect immaculé de ses feuilles, ne lui est pas attribué pour rien : la feuille de lotus ne peut pas se « salir ». En effet, poussière et saletés n'ont pas lieu d'être, car la plante se « lave » d'elle-même simplement grâce à l'eau, c'est le principe de l'hydrophobie, et ici on parle même de super-hydrophobie.

On pense que le lotus a développé le principe d’auto-nettoyage pour se protéger contre toutes les colonisations ennemies, comme des micro-organismes, des germes de champignons ou encore des algues, étant donné qu’il pousse dans un milieu humide et chaud, favorable à leur prolifération. Sa capacité spéciale serait aussi de conserver le principe de la photosynthèse, malgré la boue.

Le botaniste Wilhelm Barthlott est le premier à décrire ce phénomène sur la feuille de lotus en 1970 (sa découverte est en effet très récente, ce qui explique que cet « effet lotus » soit si peu connu du grand public). Ce scientifique a en effet observé que l'eau ne mouille pas le lotus : on peut totalement plonger une feuille de Lotus dans l'eau et l'en ressortir aussi sèche qu'avant son immersion. Wilhelm Barthlott a également enduit la plante de colle liquide et fut surpris de constater que cette dernière roulait sur la feuille sans laisser aucune trace !

En fait les gouttes d'eau ont très peu de contact avec la surface de la feuille et n'y adhèrent pas. Elle conservent ainsi une forme sphérique, comme elles le sont dans une pluie ou un nuage, ce qui leur permet de rouler sur la feuille, emportant ainsi les impuretés qui se seraient déposées. Depuis sa découverte, ce phénomène est appelé « l'effet lotus ». Quelques insectes et plus de 200 plantes ont la propriété d'être hydrophobes (ou super-hydrophobes).

 A l'échelle microscopique

Si la découverte de la super-hydrophobie du lotus est attribuée au botaniste Wilhelm Barthlott, d'autres avant lui avaient remarqué ces propriétés. Dans son Histoire naturelle, parue en 77, Pline l'Ancien relève la tendance des gouttes à former des sphères : « Partout, on les voit s'arrondir ainsi, et le plus simple moyen de le montrer consiste à jeter de l'eau sur de la poussière, ou sur la surface pelucheuse de certaines feuilles ». On notera la finesse de l'observation : pour qu'une goutte d'eau reste ainsi sphérique sur un solide, il faut que ce dernier ait une surface spéciale, couverte de petites aspérités ou de micro poils, souvent à peine visibles, et qui seront responsables de cette hydrophobie renforcée. Il faut donc également que la surface de ces matériaux soit texturée, comme Pline l'Ancien l'avait compris.

La structure microscopique de la surface de la feuille de lotus est très particulière. En effet, elle est vallonnée, et on peut constater la présence d'une substance cireuse. Au microscope électronique, on peut voir des petits « pics » de cire, la cire étant elle-même un surface hydrophobe... Ces aspérités appelées papilles ont une taille de quelques nanomètres. Ce sont des agrégats de cire qui proviennent des pores de la feuille. C'est pourquoi on dit que la surface de la feuille de lotus est nanorugueuse.

Ces aspérités microscopiques sont en densité suffisante et elles piègent des bulles d'air entre elles, ce qui permet aux gouttes de ne pas s'empaler sur ces papilles, comme un fakir sur un tapis de clous. On parle de « goutte fakir ». Ainsi, les gouttes conservent une forme sphérique et roulent sur cette surface nanorugueuse.. Les poussières sont trop grosses pour se coincer entre 2 papilles. De plus, les poches d'air piégées les en empêchent. Elles sont simplement déposées sur la surface et donc emportées par les gouttes d'eau grâce à leur forme sphérique, qui agit comme « scotch ». La molécule de l'eau adhère plus facilement aux saletés avec sa nature polaire. A l'inverse d'une surface dépourvue de telles aspérités, où la goutte ne fait que glisser sur la surface, et où les poussières ne sont pas emportées dans la goutte, sur une surface de type nanorugueuse, les poussières sont entraînées par la goutte.