Une recherche dirigée par l’UMONS qui décrypte les comportements de la matière en grains publiée dans la « Physical Review Letters »

Publié le 5 mars 2018
Rédigé par UMONS Communication
Par une étude combinant expériences et théorie, les chercheurs de l’UMONS, de l’ESPCI (École supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris) et de l’Université de Bordeaux, viennent de montrer que les liaisons entre les grains produisent des contraintes topologiques qui aboutissent à des points de blocage.

Une équipe de chercheurs franco-belges dirigée par Pascal Damman, Professeur à l’UMONS et responsable du Laboratoire Interfaces et Fluides Complexes de la Faculté des Sciences, vient d’élucider un des comportements étranges de la matière en grains.

Comme tous les enfants ont pu l’expérimenter un jour, les tas de sable sec n’offrent que très peu de résistance : ils s’effondrent souvent sous leur propre poids. Par contre, il suffit d’ajouter quelques connections physiques entre les grains pour former des chaînes granulaires pour obtenir un matériau bizarre, aussi résistant que la pierre tout en conservant la propriété de s’écouler librement.

Par une étude combinant expériences et théorie, les chercheurs de l’UMONS, de l’ESPCI (École supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris) et de l’Université de Bordeaux, viennent de montrer que les liaisons entre les grains produisent des contraintes topologiques qui aboutissent à des points de blocage.

Ces véritables noeuds disséminés au sein du système bloquent tout mouvement par un mécanisme de friction auto-amplifiée. Dans ce mécanisme, plus l’opérateur exerce une force sur le système, plus celui-ci résiste, conduisant à une amplification exponentielle de la résistance. C’est donc l’opérateur lui-même qui crée la résistance du matériau!

D’un point de vue théorique, la modélisation statistique des points de verrouillage a été réalisée grâce à une analogie audacieuse dans laquelle les chaînes granulaires sont décrites comme un polymère à l’état fondu, un système non soumis à la température est ainsi décrit à l’aide d’un mélange de chaines agitées d’un mouvement Brownien.

Au-delà de leur utilisation évidente pour « simuler » et mieux comprendre les polymères denses à l’échelle macroscopique, ces systèmes pourraient aussi être intéressants dans d’autres domaines tels que : les textiles, les fibres biologiques, les nouveaux matériaux de construction, …

Ce travail, publié dans le dernier numéro de « Physical Review Letters », a été sélectionné par les éditeurs pour un Focus sur le site Physics et fait la couverture du journal.

L’article est accessible via ce lien : https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.088001
La Focus Story via celui-ci: https://physics.aps.org/articles/v11/20

Plus d’infos ? Prof. Pascal Damman – pascal.damman@umons.ac.be

La photo ci-dessus montre le résultat final de l’étalement d’un petit tas de granulaires lorsqu’on modifie le nombre de maillons dans la chaîne. De haut en bas et gauche à droite, le nombre de monomères par chaîne est de 3, 5, 10 et 30. On constate clairement que les tas avec des chaînes longues ne s’effondrent plus sous l’action de leur propre poids. (Photo UMONS)