Les gouttes d'eau modifient les propriétés des élastiques

Publié par Adrien le 13/07/2019 à 08:00
Source: CNRS INSIS
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Malgré leurs profondes différences structurales, une seule goutte suffit à rapprocher les cristaux et les solides élastiques. Des chercheurs du laboratoire Matière et systèmes complexes et du Laboratoire des sciences des procédés et des matériaux ont montré que poser une goutte sur un élastomère modifie la répartition des forces de la même manière qu'un défaut cristallin. Publiés dans la revue Physical Review Letters, ces travaux offrent de nouvelles perspectives pour contrôler les écoulements à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) des solides mous.


Schéma du bord de la goutte posée sur un matériau mou, une pointe existe le long de la ligne de contact. © MSC

Sous un puissant microscope, un élastique se compose d'une foule désordonnée de molécules en mouvement. À l'inverse, les cristaux présentent des motifs extrêmement réguliers, seulement troublés par quelques défauts. Ces derniers peuvent se déplacer ou se déformer, et impactent profondément les propriétés des cristaux, comme leur couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes...) ou leur malléabilité. Malgré les différences entre ces matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...), des chercheurs du laboratoire Matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) et systèmes complexes (MSC, CNRS/Université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...) Diderot) et du Laboratoire des sciences des procédés et des matériaux (LSPM, CNRS) ont découvert qu'une goutte d'eau posée sur un élastomère provoque l'apparition de défauts proches de ceux des cristaux.

Une petite goutte de liquide suffit à déformer la surface d'un élastomère, grâce à sa tension (La tension est une force d'extension.) de surface. Cette force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) s'observe par exemple lorsqu'une goutte reste entière sur une surface plane (La plane est un outil pour le travail du bois. Elle est composée d'une lame semblable à celle...) plutôt que de s'étaler jusqu'à disparaître. Les scientifiques ont montré que la tension de surface de la goutte parvient, en tirant mécaniquement sur la surface de l'élastomère, à former une crête ou une pointe de quelques dizaines de microns. Le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de déformation autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de la pointe, c'est-à-dire la manière dont les forces sont réparties dans l'espace, présente des discontinuités mathématiquement semblables à celles qui caractérisent les défauts cristallins. Ces travaux offrent le tout premier modèle théorique pour expliquer ces observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...). Ils ouvrent également la voie au contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) des écoulements sur les matériaux à base d'élastomère, ce qui pourrait servir à la collecte de la rosée, à concevoir des robots mous dans le domaine biomédical et à développer les capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une...) microfluidiques.

Référence:

The elastocapillary ridge as a non-integer disclination,
R. Masurel, M. Roche, L. Limat, I. Ionescu and J. Dervaux.
Physical Review Letters, 122, 248004 (2019)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.248004
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