Quand une goutte de pluie tombe sur une feuille, elle s'aplatit un instant, puis se rassemble et rebondit. Mais que se passe-t-il si la goutte n'est pas tout à fait liquide, mais gélatineuse, comme une guimauve ? Les scientifiques ont justement utilisé de telles gouttes — en hydrogel, un matériau composé à 90 % d'eau mais qui garde sa forme grâce à un réseau de polymères. Ils ont lancé ces gouttes sur différentes surfaces et les ont observées avec une caméra filmant des milliers d'images par seconde et un capteur mesurant la force d'impact.
Il s'est avéré que le comportement de la goutte dépend de la vitesse à laquelle elle est lancée. Lors d'un impact lent (comme si on laissait tomber la goutte d'une hauteur de quelques centimètres), de l'eau s'écoule, formant une « patte » — un film mince qui s'étale sur la surface séparément de la goutte principale. La goutte elle-même adhère alors à la surface et se fige en forme de galette. Lors d'un impact rapide (comme un lancer avec élan), l'eau n'a pas le temps de s'écouler, et la goutte se comporte comme une balle élastique : elle se comprime, puis tente de se redresser. Étonnamment, dans ce cas, le degré d'aplatissement ne dépend pas de la capacité de la surface à aimer ou non l'eau.
Les scientifiques ont également découvert pourquoi ces gouttes ne rebondissent presque jamais, même si on les lance sur une surface qui repousse l'eau. Tout est dû au fait que les chaînes de polymères de la goutte s'accrochent à la surface comme des ancres microscopiques et empêchent la goutte de se détacher. Le rebond ne se produit que si l'élasticité de la goutte est suffisamment grande pour surmonter cette « adhésivité ». Cette connaissance aidera à créer des matériaux qui adhèrent mieux ou, au contraire, rebondissent — par exemple pour l'impression 3D ou les revêtements.
L'hydrogel est le même matériau que celui utilisé pour fabriquer les lentilles de contact souples. Son élasticité peut être ajustée en modifiant le nombre de fils de polymères, et les scientifiques ont utilisé cela pour faire varier les propriétés des gouttes de plusieurs ordres de grandeur.
Dans le film « Flubber », une substance élastique verte saute dans la pièce en perdant à peine de l'énergie. Les hydrogels réels sont plus modestes, mais l'étude de leurs impacts nous rapproche de la création de matériaux à adhésivité et à rebond contrôlés.