Une goutte d'eau tombe sur une feuille de lotus et rebondit sans laisser de trace. Ce miracle d'auto-nettoyage, la nature l'a perfectionné pendant des millions d'années, et les ingénieurs tentent depuis longtemps de le reproduire. Mais si la goutte frappe trop vite, elle se fragmente en éclaboussures, perdant de la masse et laissant des traces humides sur la surface. On pensait qu'à grande vitesse d'impact, les éclaboussures étaient inévitables, jusqu'à ce qu'on ajoute un peu de polymère à l'eau.

Dans les nouvelles expériences, des gouttes d'une solution de polyacrylamide de 2,5 mm de diamètre tombaient sur une surface superhydrophobe (celle-là même dont l'eau rebondit) à des vitesses allant jusqu'à 3,4 m/s. Pour un nombre de Weber (mesure de la force d'impact) supérieur à 136, l'eau ordinaire se fragmente en éclaboussures, tandis qu'un liquide viscoélastique, qui s'écoule et rebondit à la fois, se comporte différemment. La goutte s'étire en un mince filament vertical, au bout duquel se gonfle un « ballon », et ce ballon se détache entièrement de la surface. Sans une seule goutte secondaire. Une goutte-ballon qui se gonfle et se libère toute seule.

L'explication se cache dans les micro-interstices de la surface. Lorsque la goutte frappe, le liquide pénètre un instant dans ces pores : l'état de Cassie-Baxter (la goutte repose sur des bulles d'air) cède la place à l'état de Wenzel (le liquide remplit les micro-interstices). C'est cette imprégnation qui renforce l'adhésion et déclenche la croissance du filament. La modélisation numérique a confirmé que le pic de pression à l'impact est des dizaines de fois supérieur à la pression lors de la formation du jet de Worthington, si bien que l'imprégnation se produit précisément au moment du contact. Ensuite, tout est régi par l'inertie et la gravité : la longueur maximale du filament croît linéairement avec le nombre de Weber, et la trajectoire du centre de masse est décrite par un simple modèle balistique, les forces dissipatives étant d'un ordre de grandeur inférieures à la gravité.

Ce résultat bouleverse les idées reçues. On pensait auparavant que les additifs polymères supprimaient le rebond et que les éclaboussures étaient inévitables à grande vitesse d'impact. On montre désormais que des gouttes viscoélastiques peuvent rebondir complètement sans perte de masse, même lors d'impacts très violents. Le secret réside dans l'équilibre entre les contraintes élastiques et la pression capillaire, qui empêche le filament de se rompre avant le détachement. Cela ouvre la voie à la conception de surfaces et de liquides pour l'impression jet d'encre, l'application de pesticides et le refroidissement de surfaces chaudes, partout où il est important d'éviter les éclaboussures et les pertes de matière. La prochaine étape consiste à mesurer systématiquement le seuil de transition vers le régime ballon en fonction de la rugosité et de la mouillabilité, et à tester d'autres polymères. La goutte-ballon qui s'élève de la surface sans perdre une seule goutte est un beau rappel que l'élasticité peut transformer un impact destructeur en vol contrôlé.