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Des physiciens de l’Université de Liège ont réussi à sculpter la surface de l’eau. Grâce à des épines imprimées en 3D, ils créent des reliefs liquides programmables, capables de guider des particules. Cette avancée, publiée en 2025 dans Nature Communications, ouvre des perspectives en micromanipulation et dépollution marine.
La tension superficielle et le ménisque : deux phénomènes physiques au cœur de cette innovation belge
Avez-vous déjà penché un verre rempli d’eau ? La surface du liquide revient toujours à l’horizontale. Pourtant, une courbure subtile se forme près du bord. Cette courbure porte un nom : le ménisque. Elle résulte d’une force appelée capillarité.
La tension superficielle agit comme une membrane invisible à la surface de l’eau. Cette propriété permet au liquide de résister aux forces extérieures. Le ménisque, lui, apparaît quand un objet entre en contact avec le liquide et modifie localement sa courbure.
C’est précisément ce duo de phénomènes que les chercheurs du laboratoire GRASP ont exploité. En collaboration avec l’Université Brown aux États-Unis, ils ont superposé des ménisques. Leur objectif : déformer la surface de l’eau sur de grandes étendues.
Des épines coniques imprimées en 3D permettent de transformer la surface de l’eau en un relief entièrement programmable
L’équipe du GRASP a utilisé une imprimante 3D haute résolution pour fabriquer des réseaux d’épines coniques millimétriques. Elle place ensuite ces structures dans des boîtes de Petri remplies d’eau. Chaque épine génère alors un ménisque individuel autour d’elle.
En rapprochant suffisamment les épines, les ménisques individuels fusionnent. La surface du liquide cesse alors d’être plate. En ajustant hauteur ou espacement des épines, les chercheurs façonnent des plans inclinés, des hémisphères ou des sinusoïdes. Ils ont même reproduit l’Atomium de Bruxelles en relief liquide.
Trier des particules flottantes sans moteur ni pompe : quand la gravité et la capillarité font tout le travail
Cette technique ne sert pas qu’à créer de belles formes. Les pentes liquides ainsi obtenues permettent de trier des objets flottants. Les plus légers remontent grâce à la poussée d’Archimède. À l’inverse, les plus denses descendent naturellement sans intervention extérieure.
Billes, gouttes ou particules de plastique : tous ces objets réagissent aux reliefs créés dans l’eau. Le professeur Nicolas Vandewalle le confirme. Cette méthode offre une manière inédite de déplacer et séparer des éléments flottants de tailles variées.
L’un des atouts majeurs de cette approche réside dans sa simplicité. Aucune énergie extérieure n’est nécessaire pour déplacer les particules. La seule action de la gravité sur les pentes liquides suffit à guider les objets le long de trajectoires prédéfinies.
De la dépollution marine aux « pinces capillaires » : les pistes d’application de ces paysages liquides
Les chercheurs entrevoient des applications concrètes dans la lutte contre la pollution marine. Leur dispositif pourrait servir à capturer des microgouttelettes de pétrole ou des microplastiques à la surface de l’eau. La taille du système dépend uniquement du procédé de fabrication utilisé.
Par ailleurs, l’équipe envisage des épines dynamiques, fabriquées avec des matériaux sensibles aux champs magnétiques. Cette évolution permettrait de modifier la topographie liquide en temps réel. L’étude, sélectionnée parmi les Editors’ Highlights de Nature Communications, confirme le potentiel de cette approche.
Par Eric Rafidiarimanana, le
Étiquettes: Dépollution marine, impression 3D
Catégories: Sciences physiques, Actualités