Pour survivre dans la nature sauvage et aride du sud-ouest de l’Afrique, le scarabée du désert du Namib récolte l’eau de l’air. L’insecte de la taille d’un bleuet et aux longues pattes penche son corps bosselé dans le vent, laissant des gouttelettes de brouillard s’accumuler et s’égoutter de son enveloppe alaire dans sa bouche. Pendant des années, les scientifiques ont essayé d’apprendre les secrets de l’insecte pour aider à fournir de l’eau propre aux communautés dans les zones de stress hydrique. Aujourd’hui, une équipe de chercheurs a mieux compris comment la texture du corps de l’insecte l’aide à collecter de l’eau.
Quand le scarabée du désert du Namib (Stenocara gracilipes) « le brouillard se dore », des gouttelettes d’eau frappent son abdomen et roulent le long de son corps. Les chercheurs ont passé des décennies à essayer de découvrir comment la surface de l’insecte transporte les gouttelettes jusqu’à sa bouche. Mais d’abord, le scarabée doit collecter les gouttelettes. Ainsi, Hunter King, physicien à l’Université d’Akron dans l’Ohio, et ses collègues se sont plutôt concentrés sur la façon dont la forme et la texture des coléoptères augmentaient la quantité de gouttelettes d’eau qu’ils pouvaient capturer dans l’air pour commencer.
Il peut sembler facile d’attraper le brouillard, « mais si vous essayez de l’attraper, il vous passe directement entre les doigts », dit King. « C’est tout le problème. Il est difficile de faire se toucher deux choses. »
King et son équipe ont utilisé l’impression 3D pour créer plusieurs sphères avec des textures de surface variables – bosselées, rainurées et lisses – et les ont testées dans une soufflerie spécialement conçue pour voir combien d’eau ils pouvaient extraire de la brise brumeuse. Ils ont découvert que les surfaces bosselées étaient des aimants à brouillard : une sphère avec des grumeaux de 1 millimètre sur sa surface capturait des gouttelettes avec près de 2,5 fois l’efficacité d’une sphère lisse avec la même surface.
Pour comprendre ce qui se passait au niveau microscopique, King a contacté l’expert en mouvement animal Mattia Gazzola et son étudiant diplômé Fan Kiat Chan à l’Université de l’Illinois à Urbana. Le laboratoire de Gazzola est spécialisé dans les simulations hydrodynamiques. Les deux chercheurs ont créé un modèle informatique pour voir comment différentes forces hydrodynamiques agissant sur les gouttes d’eau les rendaient plus ou moins susceptibles de coller à la surface texturée d’une sphère.
Un facteur important était le degré de lubrification de la surface, a découvert l’équipe. S’il y a toujours une fine pellicule d’eau, les gouttelettes étaient moins susceptibles de s’y coller. La texture microscopique de la surface – à quel point elle était lisse ou rugueuse au niveau du micromètre – également influencé le comportement des gouttelettes, rapportent les scientifiques cette semaine dans une présentation à la réunion annuelle de la division de la dynamique des fluides de l’American Physical Society à Seattle, Washington.
Si les chercheurs peuvent manipuler ces propriétés pour créer des matériaux plus efficaces inspirés des coléoptères, dit Chan, les ingénieurs pourraient concevoir un dispositif de collecte d’eau pour les tentes de réfugiés qui pourrait capter les gouttelettes d’eau du vent. De tels matériaux pourraient également être transformés en une bouteille qui pourrait se remplir d’elle-même en utilisant de l’eau de l’air.
Dans certaines zones sèches comme le bord du désert du Sahara au Maroc, les habitants récoltent le brouillard depuis des années. Ils utilisent des mailles qui acheminent l’eau dans des tuyaux, qui la ramènent au village. Pourtant, le brouillard reste une ressource difficile à capturer, dit Chan, et même une légère augmentation de l’efficacité pourrait profiter aux communautés assoiffées.
Déplacer l’objectif de la recherche sur les coléoptères sur la façon dont les insectes sont capables de collecter autant de brouillard est une bonne chose, déclare Jonathan Boreyko, ingénieur biomécanique à l’Institut polytechnique de Virginie et à l’Université d’État de Blacksburg, qui n’a pas participé aux travaux. Cet aspect du processus de collecte d’eau du coléoptère a longtemps été négligé, note-t-il.
Il reste à voir à quel point les technologies inspirées des scarabées seront utiles en dehors du laboratoire, dit Boreyko. « Vous devez vous demander : « pouvez-vous réellement adapter cette approche du coléoptère à quelque chose d’assez grand pour collecter suffisamment d’eau qui compte réellement au niveau humain ? » »
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