Les gouttes d'eau modifient les propriétés des élastiques
Publié par Adrien le 13/07/2019 à 08:00
Source: CNRS INSIS
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 plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa...) 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 (En France un MSc est un diplôme d’enseignement supérieur accrédité par la Conférence des grandes écoles.)

Sous un puissant microscope, un élastique se compose d'une foule désordonnée de molécules en mouvement. À l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1 désigne...), 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 lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) 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 faire des objets.), des chercheurs du laboratoire Matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière...) et systèmes complexes (MSC, CNRS/Université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la Marne et de la Seine en...) Diderot) et du Laboratoire des sciences des procédés et des matériaux (LSPM, CNRS) ont découvert qu'une goutte d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) posée sur un élastomère provoque l'apparition de défauts proches de ceux des cristaux.

Une petite goutte de liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) 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 pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale...) 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 d'un couteau, munie de deux poignées, à chaque extrémité de la lame. Elle permet le dégrossissage et le creusage...) 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 à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent...) 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 (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) premier modèle théorique pour expliquer ces observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le...). Ils ouvrent également la voie au contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) 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 grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur...) microfluidiques.

Référence:

The elastocapillary ridge as a non-integer disclination,
R. Masurel, M. Roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce terrestre. Tout matériau entrant dans la composition du sous-sol est formé par un assemblage de...), L. Limat, I. Ionescu and J. Dervaux.
Physical Review Letters, 122, 248004 (2019)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.248004
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