Brevet FR3125445A1 — publié le 20230127

Système de lutte contre l’encrassement biologique (1) destiné être reporté sur un dispositif qui comprend un élément sensible à l’encrassement et qui est destiné à être immergé dans un liquide, le système (1) étant configuré pour recouvrir au moins en partie l’élément sensible à l’encrassement, le système étant caractérisé en ce qu’il comprend : - une plaque (2), s’étendant dans un plan XY et ayant deux faces principales opposées dont l’une est destinée à être en contact avec le liquide ; et - au moins un actionneur (5), apte à déformer la plaque (2) hors de son plan, et situé sur l’une des faces principales de la plaque ; la plaque comportant une nano-texturation, sur tout ou partie de la face destinée à être en contact avec le liquide, cette nano-texturation étant formée par une pluralité d’éléments en relief par rapport à une surface de la plaque, chaque élément en relief ayant au moins deux dimensions sur trois qui sont comprises entre 1 nm inclus et 1000 nm exclus, et les éléments en relief étant, au moins sur une zone de la face nano-texturée, espacés les uns des autres d’une distance comprise entre 1 nm inclus et 1000 nm exclus. Figure pour l’abrégé : figure 6 Système amélioré de lutte contre l’encrassement biologique Le domaine de l’invention est celui des systèmes dits « antifouling » (selon un anglicisme qui peut se traduire en français par anti-encrassement biologique) destinés à équiper des dispositifs immergés, en particulier des capteurs et des sondes de mesure. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Actuellement, de nombreux dispositifs de contrôle de l’environnement marin sont présents dans tous les océans et mers de la planète. Ces dispositifs de contrôle sont souvent implémentés sur des structures déjà existantes, comme les plateformes offshores ou les navires, mais peuvent aussi faire partie de stations océanographiques dédiées. Des dispositifs de contrôle sont également utilisés pour le contrôle des réseaux d’acheminement des eaux potables et pour le contrôle des eaux fluviales. Ces dispositifs de contrôle sont généralement des capteurs ou des sondes de mesure et permettent de suivre une grande variété de paramètres comme, par exemple, le taux d’oxygène dissous, la turbidité, la conductivité, le pH, la fluorescence, etc. Or, toute surface immergée dans un liquide, et particulièrement dans l’eau de mer, est sujette au dépôt et à l’adhésion d’organismes qui peuvent être des bactéries, des algues, des mollusques, etc. Ce phénomène est connu sous le nom de « biofouling » ou encrassement biologique. Lorsque les conditions environnementales sont réunies, l’adhésion de microorganismes sur la surface d’un matériau immergé et leur multiplication conduit à la formation d’un film, dit « biofilm », en surface du matériau. La présence de ce biofilm en surface d’un matériau est problématique, car il va modifier les caractéristiques techniques du matériau, causant par exemple une diminution des propriétés optiques ou mécaniques du matériau, une accélération de sa corrosion, etc. Ainsi, la qualité des mesures réalisées par les dispositifs de contrôle peut être affectée par le biofouling à leur surface après seulement quelques jours. C’est pourquoi des solutions antifouling sont nécessaires pour obtenir une qualité de données constante et pour diminuer la maintenance nécessaire à leur nettoyage. En pratique, sur les dispositifs de contrôle présents sur le marché, la protection biofouling est rarement prise en compte par les constructeurs, les matériaux utilisés et leurs géométries étant en priorité conçus pour les aspects techniques liés à la mesure, ou les aspects économiques liés aux coûts de production. Des solutions antifouling sont alors rajoutées par les utilisateurs, qui se tournent vers les solutions commerciales actuellement disponibles. À l’heure actuelle, les solutions antifouling se déclinent en deux principales catégories : les solutions chimiques et les solutions mécaniques. Les solutions chimiques consistent en l’application, sur la surface à protéger, d’un revêtement chargé en biocides. La toxicité des biocides contenus dans le revêtement permet de repousser et de détruire les micro-organismes. Il existe également des revêtements dits « FRC » (pour « Fouling Release Coatings » en anglais, qui peut se traduire par « revêtements anti encrassement »), qui sont destinés à recouvrir toute surface sensible du dispositif de contrôle destinée à être en contact avec le liquide salissant. Ces revêtements FRC sont des polymères dont la formulation permet de minimiser les forces d’adhésion entre le biofilm et la surface recouverte. Cela permet de retirer facilement le biofilm de la surface recouverte, simplement avec le mouvement de l’eau contre la surface si la vitesse est suffisante, ou par un nettoyage rapide. D’autre part, il existe des solutions mécaniques, qui peuvent être préventives ou correctives. Pour la prévention mécanique du biofouling, on peut par exemple installer un obturateur sur la surface sensible, qui va protéger physiquement la surface sensible et qui ne va s’ouvrir que lorsque la prise de mesure est en cours. Pour enlever mécaniquement le biofouling, on peut par exemple installer des essuie-glaces déportés qui, en passant en contact avec la surface sensible, vont enlever les micro-organismes présents sur la surface sensible. Mais les technologies classiques montrent rapidement leurs limites. Les revêtements chimiques sont polluants et libèrent les biocides jusqu’à leur épuisement, devenant alors inefficaces. Les revêtements FRC sont utiles sur les bateaux naviguant régulièrement et à vitesses suffisantes, mais ils sont inadaptés pour protéger du biofouling les sondes immergées qui, pour la plupart, restent statiques. Les solutions mécaniques, tels que les essuie-glaces déportés ou les obturateurs mécaniques, sont eux-mêmes sensibles au biofouling et ne peuvent être exploités sur le long terme sans maintenances régulières. De nouvelles technologies sont aujourd’hui en développement pour apporter des solutions plus performantes que celles évoquées précédemment. Parmi ces nouvelles technologies, on peut citer celles utilisant des vibrations pour favoriser le décollement des bactéries marines, qui semblent prometteuses. On peut notamment citer une technologie utilisant des films piézoélectriques en PolyVinyliDène Fluoride (PVDF), qui est en développement pour la protection des surfaces sensibles de sondes optiques immergées (document [1]). Cette technologie consiste à coller le film PVDF sur une fine plaque de verre représentant la fenêtre optique d’un capteur océanographique. Le film PVDF est un actionneur qui met en vibration la plaque de verre, lui procurant ainsi une résistance au biofouling en décollant les microorganismes voulant proliférer ou en empêchant leur adhérence. On peut également citer des recherches récentes qui ont montré l’activité bactéricide et/ou antifouling de surfaces nano-texturées par des nano-piliers (document [2]). Lorsque les nano-piliers sont suffisamment petits par rapport aux bactéries, ils peuvent percer leur membrane, les tuant (effet bactéricide) et empêchant ainsi la formation de biofouling sur la surface nano-texturée. À l’inverse, lorsque les piliers sont relativement grands par rapport aux bactéries, ils vont réduire la surface disponible pour l’adhésion des bactéries. En effet, les bactéries possèdent en surface des « pieds », qui peuvent être des curlis, des pilis ou des flagelles, qui permettent aux bactéries de s’accrocher aux surfaces. Lorsque la surface est nano-texturée par des nano-piliers relativement grands par rapport aux bactéries, la surface disponible pour les bactéries est réduite, donc ces dernières adhèrent moins à ce type de surface (effet antifouling). La nano-texturation réduit donc le biofouling, mais néanmoins ne l’empêche pas totalement. Son efficacité est donc limitée. L’invention a pour objectif de proposer un système antifouling plus efficace que ceux de l’art antérieur. À cet effet, l’invention propose un système de lutte contre l’encrassement biologique destiné à être reporté sur un dispositif qui comprend un élément sensible à l’encrassement et qui est destiné à être immergé dans un liquide, le système étant configuré pour recouvrir au moins en partie l’élément sensible à l’encrassement, le système étant caractérisé en ce qu’il comprend : - une plaque, s’étendant dans un plan XY et ayant deux faces principales opposées dont l’une est destinée à être en contact avec le liquide ; et - au moins un actionneur, apte à déformer la plaque hors de son plan, et situé sur l’une des faces principales de la plaque ; la plaque comportant une nano-texturation, sur tout ou partie de la face destinée à être en contact avec le liquide, cette nano-texturation étant formée par une pluralité d’éléments en relief par rapport à une surface de la plaque, chaque élément en relief ayant au moins deux dimensions sur trois qui sont comprises entre 1 nm inclus et 1000 nm exclus, et les éléments en relief étant, au moins sur une zone de la face nano-texturée, espacés les uns des autres d’une distance comprise entre 1 nm inclus et 1000 nm exclus. On appelle « élément sensible à l’encrassement » un élément qui est susceptible d’être encrassé lorsqu’il est en contact avec un liquide et dont le fonctionnement sera altéré par cet encrassement. Si le dispositif est un capteur optique, l’élément sensible à l’encrassement peut être une fenêtre optique du capteur. De préférence, tous les éléments en relief sont espacés les uns des autres d’une distance comprise entre 1 nm inclus et 1000 nm exclus. Dans le cadre de la présente invention, on entend par « nano-texturation » une structuration en surface formée par une pluralité d’éléments en relief, chaque élément en relief ayant au moins deux dimensions sur les trois dimensions qui sont de taille nanométrique, c’est-à-dire supérieur ou égal à 1 nanomètre et inférieur à 1000 nanomètres ; on entend par « micro-texturation » une structuration en surface formée par au moins un élément en creux, ledit élément en creux ayant au moins deux dimensions sur les trois qui sont de taille micrométriques, c’est-à-dire supérieur ou égal à 1 micromètre et inférieur à 1000 micromètres. Pour mesurer des dimensions nanométriques ou micrométriques, on peut utiliser un microscope électronique à balayage (MEB). De préférence, les éléments en relief sont des piliers ayant une section avec des dimensions comprises entre 1 nm inclus et 1000 nm exclus. Cette section peut être circulaire, carrée, rectangulaire, etc. Avantageusement, les éléments en relief ont au moins une dimension supérieure ou égale à 40 nm inclus et un espacement entre les éléments en relief supérieur ou égal à 40 nm inclus. Un espacement d’au moins 40 nm permet d’avoir un effet antifouling et/ou bactéricide sur les plus petites bactéries du milieu marin. En pratique, l’espacement entre les éléments en relief sera la plupart du temps similaire aux dimensions de la section droite des éléments de la nano-texturation ; par exemple, des éléments de section droite de 500 nm seront espacés de 500 nm. De préférence, toutes les dimensions des éléments en relief sont supérieures ou égales à 40 nm. Les éléments en relief formant la nano-texturation peuvent être répartis de manière uniforme ou non sur la plaque (i.e. l’espacement entre les éléments en relief peut être uniforme ou non). Ils peuvent être tous identiques ou non. Selon une variante, ledit au moins un actionneur et la nano-texturation sont sur des faces principales distinctes. De préférence, le système comporte deux actionneurs. Mais tout autre nombre d’actionneurs adapté aux dimensions et à la géométrie de la plaque pourra être utilisé pour optimiser la réponse électromécanique du système. Selon une variante, la plaque est rectangulaire et ledit au moins un actionneur est disposé parallèle à deux bords opposés de la plaque. Avantageusement, l’une des deux faces principales de la plaque comporte une micro-texturation, cette micro-texturation étant formée par au moins un élément en creux par rapport à une surface de la plaque, ledit élément en creux ayant au moins deux dimensions sur trois qui sont comprises entre 1 µm inclus et 1000 µm exclus. La micro-texturation peut ainsi être sur la face comprenant la nano-texturation ou sur la face opposée. L’élément en creux peut être situé à un endroit quelconque de la plaque ou positionné judicieusement là où il y a le plus de stress au niveau de la plaque, à savoir aux points de fixation de la plaque sur l’élément sensible du dispositif ou aux points d’inflexion de la plaque, afin de l’assouplir et de favoriser l’amplitude de déformation. Le ou les actionneurs sont adaptés pour générer des vibrations au niveau de la plaque. De préférence, ledit au moins un actionneur est un actionneur piézoélectrique. Selon une variante, la face de la plaque comportant la nano-texturation et les éléments en relief sont revêtus d’un revêtement chimique ayant des propriétés antifouling. L’invention concerne également un ensemble comportant un dispositif ayant un élément sensible à l’encrassement et un système de lutte contre l’encrassement biologique tel que décrit ci-dessus, le système étant reporté sur le dispositif de manière à recouvrir au moins en partie l’élément sensible à l’encrassement, et dans lequel le dispositif est un dispositif de contrôle de type capteur. À titre d’exemple, si le dispositif est un capteur optique (par exemple une sonde optique), le système de lutte contre l’encrassement peut être disposé en surplomb de la fenêtre optique du capteur. On peut laisser un espace de quelques centaines de micromètres ou de quelques millimètres entre la face de la fenêtre optique et la plaque ; mais on peut également choisir de plaquer la plaque directement contre la face de la fenêtre optique. Si on laisse un espace, cet espace sera clos afin d’empêcher le liquide d’entrer en contact avec la surface à protéger. La plaque sera de préférence fixée sur tout son pourtour pour empêcher le liquide d’encrassement d’entrer en contact avec la surface à protéger. D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : est une représentation schématique selon une vue de dessous et en perspective d’un mode de réalisation du système antifouling selon l’invention; est une vue schématique en coupe selon la ligne I-I de la avec un gros plan montrant la nano-texturation présente en surface ; montre un exemple de nano-piliers réalisés dans un substrat en silicium et observés au microscope électronique à balayage ; est une représentation schématique en coupe d’une première étape d’un exemple de fabrication d’une plaque nano-texturée ; est une représentation schématique en coupe d’une deuxième étape d’un exemple de fabrication d’une plaque nano-texturée ; est une représentation schématique en coupe d’une troisième étape d’un exemple de fabrication d’une plaque nano-texturée ; est une représentation schématique en coupe d’une quatrième étape d’un exemple de fabrication d’une plaque nano-texturée ; est une représentation schématique en coupe d’une première étape d’un exemple de réalisation d’actionneurs sur une plaque nano-texturée ; est une représentation schématique en coupe d’une deuxième étape d’un exemple de réalisation d’actionneurs sur une plaque nano-texturée ; est une représentation schématique en coupe d’une troisième étape d’un exemple de réalisation d’actionneurs sur une plaque nano-texturée ; est une représentation schématique en coupe d’une quatrième étape d’un exemple de réalisation d’actionneurs sur une plaque nano-texturée ; est une représentation schématique en coupe d’une quatrième étape d’un exemple de réalisation d’actionneurs sur une plaque nano-texturée ; est une représentation schématique en coupe d’une cinquième étape d’un exemple de réalisation d’actionneurs sur une plaque nano-texturée ; est une représentation schématique en coupe d’une sixième étape d’un exemple de réalisation d’actionneurs sur une plaque nano-texturée ; est une représentation schématique en coupe d’une septième étape d’un exemple de réalisation d’actionneurs sur une plaque nano-texturée ; est une représentation schématique en coupe d’une huitième étape d’un exemple de réalisation d’actionneurs sur une plaque nano-texturée ; est une vue schématique en coupe d’un exemple de réalisation d’un système antifouling selon l’invention, dont la plaque nano-texturée est actionnée en flexion ; est une vue schématique en coupe d’un exemple de réalisation d’un système antifouling nano-texturé selon l’invention, avec des zooms sur la nano-texturation dans une zone centrale et dans des zones latérales ; est une vue schématique en coupe d’un exemple de réalisation d’un système antifouling nano-texturé et micro-texturé selon l’invention, avec des zooms sur la nano-texturation dans une zone centrale et dans des zones latérales. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Dans le système selon l’invention, on couple l’action d’une plaque vibrante avec une nano-texturation de cette plaque. Les deux effets vibration et nano-texturation ne vont pas seulement s’additionner, le couplage des deux conduisant à une augmentation des effets anti-encrassement de ces deux solutions prises séparément. En effet, les vibrations vont mettre en mouvement les nano-texturations, améliorant les effets bactéricides et anti-encrassement de la nano-texturation. Un exemple d’un système à plaque vibrante nano-texturée 1 selon l’invention est illustré dans les figures 1a et 1b, montrant respectivement une vue de dessous du système 1 et une vue en coupe selon la ligne I-I. Ici, la plaque 2 est rectangulaire ; elle peut être en verre, en un polymère, par exemple en polydiméthylsiloxane (PDMS), en polyéthylène naphtalate (PEN), en polycarbonate (PC), etc. Dans le mode de réalisation illustré, la face inférieure 4 comporte deux actionneurs 5 ( ) qui s’étendent parallèlement à deux bords opposés de la plaque et la face supérieure 3 de la plaque comporte une nano-texturation (visible dans la partie zoomée). Selon l’invention, la nano-texturation est formée par une pluralité d’éléments en relief 6 ayant au moins deux dimensions sur trois de tailles nanométriques et espacés les uns des autres d’une distance nanométrique. Ces éléments en relief 6 peuvent être dispersés de manière homogène ou non sur tout ou partie d’une face de la plaque. Les éléments en relief peuvent être équidistants ou non. Ils peuvent être identiques (même dimensions et même forme) ou non. De préférence, les éléments en relief 6 sont répartis sur toute la surface d’une face de la plaque, sont équidistants et sont identiques. Dans le mode de réalisation illustré dans la , la nano-texturation est sous la forme d’une pluralité de piliers de tailles nanométriques, identiques et espacés uniformément sur la face supérieure 3 de la plaque 2 d’une distance elle aussi nanométrique. Ces éléments en relief pourraient également, par exemple, représenter une pluralité de stries en relief et disposées en parallèle, cette configuration étant toutefois moins efficace qu’une configuration avec une pluralité de piliers. La nano-texturation peut être localisée sur une partie seulement de la surface de la plaque ou être présente sur l’ensemble de la face supérieure. En particulier, la nano-texturation peut être localisée uniquement dans le champ du capteur à protéger du biofouling. Dans la , par souci de simplification, seuls les piliers dans la zone zoomée ont été représentés. Les piliers 6 peuvent avoir une section droite polygonale (carrée, rectangulaire, étoilée, etc.) ou circulaire, comme représenté dans la . La section droite des piliers ayant une taille nanométrique, les piliers sont également appelés nano-piliers. Les dimensions des nano-piliers peuvent être comprises entre quelques nanomètres, typiquement 5 nm, jusqu’à 1 micromètre exclus pour la longueur et la largeur, dans le cas de nano-piliers à section droite polygonale, ou pour le diamètre, dans le cas de nano-piliers à section droite circulaire ; quant à la hauteur de ces nano-piliers, elle est au minimum de quelques nanomètres, typiquement 5 nm, mais elle peut s’étendre à plusieurs dizaines de millimètres, la hauteur maximale de la hauteur n’étant limitée que par les limitations technologiques de fabrication des nano-textures. La nano-texturation du système anti-encrassement biologique selon l’invention peut être mise en forme par des techniques variées. Cette mise en forme doit aboutir à une plaque 2 ayant une face nano-texturée, et éventuellement micro-texturée, munie d’un ou plusieurs actionneurs électromécaniques 5 isolés du milieu extérieur. À titre d’illustration, nous allons décrire en détails un exemple de fabrication d’un système vibrant anti-encrassement biologique 1 selon l’invention. Dans cet exemple, on procède tout d’abord à la fabrication d’une plaque 2 nano-texturée, puis on y reporte des actionneurs 5. L’une des techniques possibles pour réaliser la nano-texturation et l’éventuelle micro-texturation, et que nous allons utiliser dans notre exemple de réalisation, est la lithographie par nano-impression (NIL). La technique NIL est une solution simple, bon marché et reproductible pour produire des motifs micrométriques et nanométriques sur une face d’un substrat. Cette technique peut par exemple être utilisée pour créer des réseaux de nano piliers en polydiméthylsiloxane (PDMS) sur de grandes surfaces (de l’ordre du cm² à plusieurs dizaines de cm 2 ). Lors d’une première étape ( ), on fluore la face d’un substrat modèle 10 comportant un réseau d’éléments en relief (nano-piliers) que l’on cherche à reproduire ; ici, le substrat modèle est en silicium et on ajoute une très fine couche antiadhésive pour faciliter la fabrication du moule. Cette couche antiadhésive peut être obtenue par vaporisation de molécules fluorées sur le substrat modèle. Les molécules fluorées en question peuvent être le tridécafluoro-1,1,2,2-tétrahydrooctyltrichlorosilane [CF 3 -(CF 2 ) 5 -(CH 2 ) 2 -SiCl 3 ] par exemple. Lors d’une deuxième étape, on moule les motifs de la face texturée du substrat modèle 10 en y déposant une couche de PDMS réticulant sous lumière UV, puis on expose le PDMS aux UV pour qu’il réticule, enfin on retire délicatement la couche 11 de PDMS réticulé ( ). Cette couche 11 forme un moule comportant un réseau de nano-cavités qui forme l’empreinte négative du réseau de nano-piliers. Le moule ainsi obtenu est lui aussi recouvert d’une couche antiadhésive par vaporisation de molécules fluorées. Lors d’une troisième étape, on recouvre un substrat support 12 en silicium d’une couche de résine de PDMS non réticulée 13 et on vient presser le moule 11 sur la résine non réticulée 13 pendant quelques minutes ( ). Le polymère vient remplir les cavités du moule. Puis, on procède à la réticulation de la résine, formant la couche de résine de PDMS réticulée 14. Il est à noter que si la face de la plaque 2 doit en plus comporter une micro-texturation (un ou plusieurs éléments de tailles micrométriques en creux (élément(s) encaissé(s) dans la face de la plaque)), celle-ci peut être réalisée en même temps que la nano-texturation, en ajoutant ce ou ces éléments en creux dans la face du substrat modèle 10. Alternativement, la micro-texturation peut être réalisée avant ou après la nano-texturation, sur la même face ou sur la face opposée. Lorsque la résine (couche 14) a réticulé, le moule (couche 11) est retiré et on obtient alors une couche en PDMS 14 (dont une face est nano-texturée par un réseau de nano-piliers) sur un substrat support 12 ( ). Enfin, on procède au retrait du substrat support 12 par amincissement, jusqu’à la disparition complète, par attaque de la face arrière. La plaque 2 est ici en PDMS, car ce matériau se prête bien aux techniques NIL de formation de nano-texture par utilisation d’un moule. Cependant, la plaque peut être en d’autres matériaux, tant qu’il est possible de les nano-texturer (verre, plastique, etc.). Bien sûr, comme le système antifouling est destiné à protéger des capteurs optiques immergées, la plaque nano-texturée et éventuellement micro-structurée doit également être transparente dans le domaine optique de fonctionnement du capteur optique. Si le capteur optique mesure dans le domaine des UV, alors la plaque devra être transparente aux UV pour être utile. Notons que ce procédé de réalisation est indicatif, et que tout autre mode de réalisation peut être utilisé, utilisant par exemple des matériaux déposés en couches minces par les technologies de la microélectronique, ou des actionneurs piézoélectriques commerciaux possédant déjà leurs propres électrodes. Une fois la plaque 2 nano-texturée, on procède ensuite au report des actionneurs 5. Les actionneurs, ou actionneurs électromécaniques, sont des moyens de conversion électromécanique bien connus. Ils peuvent être de natures diverses, tels que magnétiques, piézoélectriques, électro-actifs, à mémoire de forme ou autres. Ils seront avantageusement piézoélectriques (de préférence en céramique, par exemple en Titano-Zirconate de Plomb (PZT), en nitrure d’aluminium (AlN), en oxyde de zinc (ZnO), etc.), car ce mode d’actionnement assure un bon couplage entre l’actionneur et la plaque. De manière connue, un actionneur est un empilement formé d’un matériau actif pris en sandwich entre deux électrodes, le tout étant de préférence recouvert d’une couche de passivation. Dans notre exemple de réalisation, deux actionneurs 5 piézoélectriques en céramique PZT sont réalisés sur la face de la plaque (face inférieure 4) qui est opposée à celle comportant la nano-texturation. Sur la face inférieure 4 de la plaque 2 nano-texturée, on dépose une couche de colle 15 à deux endroits distants localisant l’emplacement des futurs actionneurs ( ) ; sur chacune de ces couches de colle 15, on dépose une couche métallique, par exemple en platine, pour former l’électrode inférieure 16 de l’actionneur ( ) ; sur chaque électrode inférieure 16, on dépose une couche de colle 17 ( ) ; puis, on dépose sur chaque couche de colle 17 une couche en céramique piézoélectrique 18 (par exemple par la technique de manipulation du « pick and place ») ( ) ; on protège les électrodes inférieures en enrobant les faces latérales de la céramique avec un matériau électriquement isolant 19 ( ) ; on dépose une couche de colle électriquement conductrice 20 sur la face supérieure des couches en céramique 18 ( ) ; on dépose sur ces couches de colle conductrice 20 une couche électriquement conductrice, par exemple en un alliage d’or et de ruthénium, pour former l’électrode supérieure 21 de l’actionneur ( ) ; on isole l’électrode supérieure 21 de chaque actionneur en la recouvrant par une couche d’un matériau électriquement isolant 22 ( ) ; enfin, on établit un contact électrique avec les électrodes inférieure 16 et supérieure 21 de chaque actionneur 5, par exemple par le biais de fils électriquement conducteurs 23 ( ) et on obtient alors un système vibrant nano-texturé selon l’invention, qui peut ensuite être fixé sur la zone sensible d’une sonde immergée à protéger de l’encrassement biologique. Notons que ce procédé de réalisation est indicatif, et que tout autre mode de réalisation peut être utilisé, utilisant par exemple des matériaux déposés en couches minces par les technologies de la microélectronique, ou des actionneurs piézoélectriques commerciaux possédant déjà leurs propres électrodes. De manière connue, l’application d’une différence de potentiel entre les électrodes supérieure et inférieure des actionneurs piézoélectriques va induire un champ électrique hors du plan XY de la plaque. Par effet piézoélectrique inverse, ce champ électrique va impliquer une déformation dans le plan de la plaque (coefficient piézoélectrique d 31 ) induisant une déformation de la plaque hors plan (i.e. dans la direction Z), du fait du couple mécanique induit et de l’effet bilame. En appliquant une tension continue, la plaque va se déformer jusqu’à sa position d’équilibre. En appliquant une tension alternative, nous allons pouvoir faire vibrer la plaque, par exemple aux fréquences de résonance de ses différents modes propres. Le système 1 selon l’invention, qui était illustré au repos dans la , est représenté avec sa plaque 2 déformée en flexion dans la direction Z - dans la . Ainsi, lorsque la nano-texturation se trouve sur l’une des faces principales de la plaque 2, par exemple sur la face supérieure 3, une flexion dans la direction Z + va provoquer une tension des nano-textures et une flexion dans la direction Z – (comme illustré dans la ) va provoquer une compression des nano-textures. Dans la littérature (document [2]), les interactions entre deux types de nano-piliers et deux types de bactéries différentes ont été étudiées. Les travaux effectués montrent que des nano-piliers de section carrée de 270 x 270 nm 2 (longueur (L) x largeur (l)), ayant une hauteur (h) de 220 nm et avec un espacement de 220 nm entre les nano-piliers, ont une action antifouling (c’est-à-dire répulsive) pour la bactérie Staphylococcus Aureus , qui est sphérique et a un diamètre de 600 nm environ. Ces mêmes nano-piliers sont bactéricides (c’est-à-dire qu’ils tuent) pour la bactérie Escherichia Coli , qui est en forme de bâtonnet et de dimensions 900 x 2000 nm (diamètre x longueur). Ainsi, selon le rapport de taille entre les nano-piliers et les bactéries, nous observons des effets différents : - les petits nano-piliers (par exemple de dimensions 270 x 270 x 220 nm 3 (L x l x h) avec un espacement de 220 nm) sont antifouling pour la petite bactérie S. Aureus et sont bactéricides pour la grosse bactérie E. Coli (effet bactéricide par perçage de la membrane) ; - les petits nano-piliers peuvent repousser les grosses bactéries sans les tuer (effet antifouling par réduction de la surface d’accroche des bactéries) ; - les grands nano-piliers (par exemple de dimensions 370 x 370 x 800 nm 3 (L x l x h) avec un espacement de 730 nm) peuvent repousser les grosses bactéries sans les tuer (effet antifouling par réduction de la surface d’accroche des bactéries) ; - les nano-piliers vont forcer les bactéries à ce placer entre eux si l’espacement des nano-piliers est supérieur aux dimensions des bactéries (effet de patterning). À partir de ces résultats, il est intéressant d’estimer les dimensions minimales que doivent avoir des nano-piliers pour affecter l’ensemble des bactéries du milieu marin. Des travaux scientifiques (document [3]) montrent que les bactéries marines et le plancton procaryote unicellulaire font partis des plus petits organismes autonomes de la mer ; ils mesurent au maximum 500 à 1000 nanomètres. D’autres travaux scientifiques (document [4]) montrent que les bactéries osmo-hétérotrophiques sont les plus petits organismes unicellulaires vivants dans les océans, et qu’elles mesurent de 100 nm à 1 μm maximum. De ces différentes publications, nous pouvons en déduire les dimensions des nano-piliers pouvant agir sur les plus petites bactéries du milieu marin. Ainsi, des nano-piliers de section carré de 45 x 45 x 36 nm 3 (L x l x h) avec un espacement de 36 nm auront une action antifouling pour les plus petites bactéries présentes dans le milieu marin (qui mesurent 100 nm environ). Par ailleurs, il est à noter que la hauteur de ces piliers peut jouer un rôle sur l’effet antifouling de ces derniers. La hauteur des nano-piliers peut être augmentée sans problème de plusieurs micromètres afin que les pilis des bactéries ne puissent plus toucher la surface à la base des piliers. Par exemple, on peut se retrouver avec des nano-piliers en 40 x 40 x 1000 nm 3 ; 40nm (L x l x h ; espacement). En revanche, il convient que les nano-piliers aient une hauteur minimale, afin de rendre la surface hétérogène à l’échelle des micro-organismes marins et donc inadaptée à leur adhésion. En effet, grâce à ces nano-piliers, certains pilis toucheront le sommet des nano-piliers, d’autres toucheront la colonne des nano-piliers et d’autres la surface à la base des nano-piliers. Cela montrera à la bactérie que la surface est inadaptée à l’adhésion. Les nano-piliers permettent donc de rendre hétérogène la surface, en plus de réduire la surface d’accroche disponible pour les micro-organismes marins ; il en résulte un effet antifouling amélioré. Ainsi, nous pouvons déduire de ces travaux et de ces réflexions que des nano-piliers statiques à section carré de 40 nm de côté, espacés de 40 nm et ayant une hauteur minimale de 50 nm (i.e. 40 x 40 x 50 nm 3 ; 40 nm (L x l x h ; espacement)) ont a minima une action antifouling sur l’ensemble des bactéries du milieu marin, et peuvent avoir une action bactéricide pour les plus grosses d’entre elles. Pour étudier le comportement des piliers lorsque la plaque 2 est en vibration, nous utilisons la méthode des éléments finis (FEM pour « Finite Element Method » en anglais) à l’aide du logiciel COMSOL Multiphysics TM . Ce logiciel nous permet de modéliser un système avec une plaque vibrante nano-texturée selon l’invention, composé d’une plaque 2 en PDMS ayant deux faces principales, l’une de ces faces étant nano-texturée par des nano-piliers 6, et la plaque étant mise en vibration en actionnant deux actionneurs 5 piézoélectrique en PZT disposés sur l’autre face principale. Le système ainsi modélisé est illustré dans la . On précise que le ou les actionneurs peuvent être sur la même face que la nano texturation. Mais dans ce cas, ils seront en contact avec le liquide, et même s’ils sont passivés, il y a un risque de défaillance. Il est donc préférable qu’ils soient situés sur la face opposée à celle comportant la nano-texturation. Nous allons étudier trois zones de la face supérieure 3 de la plaque sur ce modèle, une zone centrale 8 et deux zones latérales 9, situées de part et d’autre de la zone centrale ( ). Dans cette modélisation, la plaque 2 mesure 2 cm de long, 0,5 cm de large et a une épaisseur de 100 μm ; les nano-piliers 6 ont une section carrée et mesurent 40 x 40 x 1000 nm 3 (L x l x h), pour un espacement de 40 nm, c’est-à-dire les dimensions minimales en largeur, longueur et espacement calculées précédemment, et sont présents sur la totalité de la face principale nano-texturée. Au repos ( ), l’espacement entre les nano-piliers est de 40 nm. Ce système résonne à une fréquence de 104,24 Hz et, sous une tension d’actionnement de +10 V, l’amplitude de déformation à cette fréquence est d’environ 28 μm. Nous relevons la distance entre les nano-piliers lors d’un actionnement à – 10 V et à + 10 V, afin de voir le cas où la face nano-texturée de la plaque est en compression et celui où elle est en tension. Plus précisément, en actionnant à – 10 V, on a une compression de la face supérieure (celle qui est nano-texturée), donc les nano-piliers se rapprochent. En actionnant à + 10 V, on a une traction de la face supérieure, donc les nano-piliers s’éloignent. Nous remarquons que les distances entre les nano-piliers (c’est-à-dire la distance prise entre les sommets les plus proches de deux piliers adjacents) lors de l’actionnement sont différentes de celles observées au repos. Les résultats sont compilés dans le tableau 1 ci-dessous. Espacement entre les nano-piliers % maximum de déplacement Dans la zone centrale (nm) Dans les zones latérales (nm) Au repos 40 40 0 Activation à -10V (compression) 39,57 39,94 1% Activation à +10V (traction) 40,24 40,40 1% Un mouvement de la nano-texturation de l’ordre du pourcent va avoir un effet antifouling : - ce mouvement peut tuer les bactéries en perçant leur membrane (effet bactéricide) lorsque la contrainte exercée par la nano-texturation sur la bactérie est suffisante. Des nano-texturations en mouvement vont naturellement percer plus facilement les membranes des bactéries ; - comme déjà expliqué, les bactéries s’accrochent aux surfaces à l’aide de leurs flagelles, leurs pili ou leur curli. Lorsqu’elles se retrouvent face à une nano-texture en mouvement, les points d’ancrages sont plus rares et l’adhésion des bactéries est réduite (effet antifouling). Nous avons ainsi montré que la mise en vibration de la plaque, qui provoque elle-même un effet antifouling, va mettre en mouvement les piliers, ce qui va renforcer ce second effet antifouling de la nano-texturation, pour un système antifouling optimisé. Notons que la nano-texturation peut être uniforme ou non (même dimensions ou non), régulière ou non (même espacement ou non) et disposée par zone(s) ou sur toute la surface de la plaque. Comme nous venons de le voir, la mise en vibration de la plaque peut renforcer l’effet antifouling de la nano-texturation. On peut également utiliser une structuration de la plaque afin d’augmenter l’amplitude de vibration de la plaque et donc renforcer l’effet antifouling de la vibration (plus l’amplitude de vibration est grande, plus cette vibration aura un effet antifouling prononcé). Pour ce faire, il faut considérer une texturation suffisamment grande, en l’occurrence une micro-texturation. Le positionnement de la micro-texturation peut être quelconque, mais il aura plus d’effet s’il est positionné à des endroits stratégiques de la plaque afin d’augmenter l’amplitude de vibration. Ces endroits stratégiques sont par exemple les zones qui vont présenter le plus de contraintes au sein de la plaque lors de sa vibration, c’est-à-dire en pourtour de la plaque, à proximité des zones de fixation ou d’encastrement de la plaque, afin d’assouplir la plaque, ou à proximité des points d’inflexion de la déformation de la plaque, afin de faciliter sa déformation. À titre d’exemple, dans le cas d’une plaque de forme circulaire et d’une micro-texturation de type rainure, les rainures seront idéalement circulaires et concentriques et disposés parallèles aux zones encastrées. Il est à noter que l’augmentation des amplitudes de vibrations va augmenter la mise en mouvement des nano-texturations sur la plaque, ce qui améliorera d’autant plus l’effet bactéricide et antifouling de ces dernières, et donc du système. La micro-texturation est obtenue par un ou plusieurs éléments réalisés en creux dans la plaque et de tailles micrométriques. Il peut par exemple s’agir de rainures. Pour étudier les effets de la micro-texturation de la plaque sur l’amplitude de vibration de la plaque, nous utilisons de nouveau le logiciel COMSOL Multiphysics TM . Nous reprenons les modélisations précédentes en ajoutant une micro-texturation 7 au système vibrant nano-texturé 1 composé d’une plaque 2 PDMS nano-texturée par des nano-piliers, le tout actionné par deux actionneurs 5 piézoélectrique en PZT, la micro-texturation 7 étant obtenue en creusant deux rainures d’une largeur de 500 µm positionnées parallèles l’une à l’autre, parallèles aux actionneurs et qui s’étendent parallèlement à deux bords opposés de la plaque à égales distances de leur bord respectif. Dans cet exemple, la longueur de chaque rainure 7 est égale à la largeur de la plaque ( ). Dans cette modélisation, la plaque du système mesure 2 cm de long, 0,5 cm de large et 200 μm d’épaisseur ; les nano-piliers ont une section carrée et mesurent 980 x 980 x 20000 nm 3 (L x l x h) pour un espacement de 980 nm). Nous actionnons la mise en vibration de la plaque 2 en appliquant une tension de +10V, pour des profondeurs de rainures de micro-texturation de profondeurs différentes (les deux rainures étant toutefois toujours identiques), et nous relevons à chaque fois la distance entre les nano-piliers 6. Les résultats sont regroupés dans le tableau 2 ci-dessous. Largeur micro-texture (µm) Profondeur micro-texture (µm) Fréquence de résonnance (Hz) Déformée maximale (µm) Espacement entre les nano-piliers Dans la zone centrale (nm) Dans les zones latérales (nm) 0 0 395,65 22,66 987,00 993,80 500 50 396,22 22,77 987,30 994,38 100 396,8 22,91 988,04 994,92 150 397,4 23,04 988,98 998,20 On remarque que les micro-texturations 7 peuvent augmenter l’amplitude des vibrations du système antifouling. Ici, plus les micro-texturations sont profondes, plus l’amplitude des vibrations du système augmente, ce qui a pour effet d’augmenter la distance entre les nano-texturations (c’est-à-dire que les micro-texturations augmentent la mise en mouvement des nano-texturations), ce qui améliore encore plus l’effet antifouling et/ou bactéricide du système antifouling final. Au final, le système antifouling selon l’invention présente de nombreux avantages : - le système antifouling selon l’invention est une combinaison de deux technologies antifouling distinctes, mais la technologie d’antifouling par systèmes vibrants permet de mettre en mouvement la technologie d’antifouling par nano-textures ; le résultat final donne un système antifouling amélioré, comparé aux deux technologies prises indépendamment ; - les nano-textures sont efficaces contre les plus petites bactéries du système marin, mais le sont aussi contre les plus grosses ; - les nano-textures peuvent être uniformes et régulières, ou bien de tailles variées et disposées irrégulièrement si cela peut aider à lutter contre certains organismes marins, ou si cela est plus efficace pour lutter contre l’ensemble des bactéries marines ; - la plaque de ce système antifouling peut être fabriquée dans tout type de matériau, tant qu’il est possible de former des nano-textures en surface ; - la plaque présentée dans la modélisation est rectangulaire, mais elle peut être d’une autre forme si besoin, par exemple circulaire ; - l’utilisation de ce système vibrant nano-texturé prévient l’installation du biofouling, mais peut éventuellement en détruire un déjà existant en générant des cavitations par vibrations ; - les technologies de la micro-électronique permettent d’employer des épaisseurs de matériaux actifs réduites pour la réalisation des actionneurs ; les consommations d’énergie sont donc abaissées, quelle que soit la nature des actionneurs utilisés ; - dans le cas d’utilisation d’actionneurs piézoélectriques, les céramiques piézoélectriques, type PZT, permettent d’avoir des systèmes électromécaniques fiables et durables, non sujets à la perte de polarisation. De plus, nous pouvons combiner le système antifouling selon l’invention avec un revêtement chimique ayant des propriétés antifouling. Dans ce cas, afin de ne pas faire disparaitre le relief formé par les piliers, le revêtement antifouling devra être déposé en une ou plusieurs couches suffisamment fines pour ne pas combler complétement l’espacement entre les nano-piliers. Le revêtement chimique peut être un film antiadhésif FRC. Comme expliqué dans la partie état de l’art, les revêtements FRC réduisent les forces d’adhésion du biofouling sur le substrat, permettant un nettoyage facilité du support encrassé. Le film antiadhésif FRC peut être obtenu par vaporisation de molécules fluorées sur la surface nano-texturée du système vibrant, ou bien par application d’une couche de peinture FRC commerciale sur le système vibrant, en réalisant un bain sous pression ou une étape de spin-coating. Le revêtement chimique antifouling peut également être un revêtement chargé en biocides, qui seront relâchés progressivement afin de donner au système final un effet antifouling chimique recherché. Un tel revêtement peut être appliqué en utilisant une peinture antifouling commerciale chargée en biocides, en réalisant un bain sous pression ou une étape de spin-coating. Également, avec les technologies de la micro-électronique, on peut déposer une ou plusieurs couches de cuivre (matériau naturellement antifouling) en couches minces sur la surface nano-texturée du système. Si le système vibrant selon l’invention est revêtu d’une couche qui est chimiquement antifouling, sa surface montrera des propriétés antifouling améliorées par rapport au même système sans revêtement chimique. Plus largement, tout traitement de surface permettant de réduire l’adhésion du biofouling sur une surface peut être combiné à notre système à plaque vibrante nano-texturée et éventuellement micro-texturée, afin d’obtenir un effet antifouling amélioré, à condition bien sûr que le traitement de surface ne fasse pas disparaitre la nano-texturation. Références citées [ 1 ] M. Rahmoune, M. Latour, « Application of Mechanical Waves Induced by Piezofilms to Marine Fouling Prevention » , Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol. 7, January 1996 [ 2 ] T. S. Heckmann, J. D. Schiffman, « Spatially Organized Nanopillar Arrays Dissimilarly Affect the Antifouling and Antibacterial Activities of Escherichia coli and Staphylococcus aureus » , ACS Applied Nano Material, pages 977-984 (2020) [ 3 ] H. W. Ducklow, « Bacterioplankton » , article in the 1 st edition of Encyclopedia of Ocean Sciences, volume 1, pp 217-224 (2001) [ 4 ] K. H. Andersen et al. , « Characteristic sizes of life in the oceans, from bacteria to whales » , Annual Review of Marine Science (2015) Système de lutte contre l’encrassement biologique (1) destiné être reporté sur un dispositif qui comprend un élément sensible à l’encrassement et qui est destiné à être immergé dans un liquide, le système (1) étant configuré pour recouvrir au moins en partie l’élément sensible à l’encrassement, le système étant caractérisé en ce qu’il comprend : - une plaque (2), s’étendant dans un plan XY et ayant deux faces principales (3 ; 4) opposées dont l’une est destinée à être en contact avec le liquide ; et - au moins un actionneur (5), apte à déformer la plaque (2) hors de son plan, et situé sur l’une des faces principales de la plaque ; la plaque comportant une nano-texturation, sur tout ou partie de la face destinée à être en contact avec le liquide, cette nano-texturation étant formée par une pluralité d’éléments en relief (6) par rapport à une surface de la plaque, chaque élément en relief ayant au moins deux dimensions sur trois qui sont comprises entre 1 nm inclus et 1000 nm exclus, et les éléments en relief (6) étant, au moins sur une zone de la face nano-texturée, espacés les uns des autres d’une distance comprise entre 1 nm inclus et 1000 nm exclus. Système selon la revendication 1, dans lequel les éléments en relief (6) sont des piliers ayant une section avec des dimensions comprises entre 1 nm inclus et 1000 nm exclus. Système selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel les éléments en relief (6) ont au moins une dimension supérieure ou égale à 40 nm inclus et un espacement entre les éléments en relief supérieur ou égal à 40 nm inclus. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit au moins un actionneur (5) et la nano-texturation sont sur des faces principales distinctes. Système selon la revendication 1, dans lequel la plaque (2) étant rectangulaire, ledit au moins un actionneur est disposé parallèle à deux bords opposés de la plaque. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’une des deux faces principales de la plaque comporte une micro-texturation, cette micro-texturation étant formée par au moins un élément en creux (7) par rapport à une surface de la plaque, ledit élément en creux ayant au moins deux dimensions sur trois qui sont comprises entre 1 µm inclus et 1000 µm exclus. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ledit au moins un actionneur est un actionneur piézoélectrique. Système selon l’une quelconque des revendications 1à 7, dans lequel la face de la plaque comportant la nano-texturation et les éléments en relief sont revêtus d’un revêtement chimique ayant des propriétés antifouling. Ensemble comportant un dispositif ayant un élément sensible à l’encrassement et un système de lutte contre l’encrassement biologique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, le système étant reporté sur le dispositif de manière à recouvrir au moins en partie l’élément sensible à l’encrassement, et dans lequel le dispositif est un dispositif de contrôle de type capteur.