La physique à l'origine des déchirements
Les recherches dans des domaines très terre à terre sont souvent à l'origine de résultats très intéressants. Une équipe internationale de chercheurs a dernièrement dévoilé le mystère expliquant pourquoi le ruban adhésif se déchire d'une certaine manière. Les résultats des scientifiques se révèleront très utiles aux domaines des micro- et nanotechnologies. Cette situation vous semble familière? Vous emballez un cadeau pour un ami, une main sur le papier cadeau pour éviter qu'il ne glisse et l'autre qui essaie de couper un bout de scotch. Vous avez presque fini d'emballer lorsque tout à coup, l'extrémité du ruban adhésif se déchire en une lamelle infime et disparaît; il ne nous reste plus qu'à le récupérer du bout des ongles tout en essayant désespérément de ne pas lâcher le papier cadeau. Cela peut sembler incroyable, mais ce scénario fait désormais l'objet de travaux de recherche sérieux menés par les scientifiques du Centre national de la recherche scientifique (CNRS) en France, de l'université de Santiago au Chili et de l'institut de technologie du Massachusetts (MIT) aux États-Unis. Leurs travaux expliquent la physique à l'origine de ce qu'ils appellent «wallpaper problem» (ou problème de papier peint). Ils sont publiés dans la revue Nature Materials. «Lorsque vous voulez repeindre votre chambre, vous arrachez le papier peint. Vous priez pour que le morceau de papier peint ne se déchire pas avant d'avoir atteint le bas du mur, mais malheureusement, il se déchire en forme de triangle et tout est à recommencer», explique Pedro Reis, l'un des auteurs du communiqué et professeur de mathématiques appliquées au MIT. Pour mieux comprendre ce phénomène, les chercheurs ont mis au point un système permettant de réaliser des expériences sur le déchirement contrôlé. Ce système se base sur un film adhésif collant ou ruban adhésif, dans lequel deux entailles sont faites. Ces entailles forment une sorte d'onglet sur une surface sur lequel on tire fermement. Les chercheurs ont noté les formes résultant de ce déchirement et les forces mécaniques qui s'appliquent sur les rubans adhésifs présentant des propriétés adhésives et mécaniques différentes. Les physiciens ont découvert que ces déchirements ont la plupart du temps une forme triangulaire. L'équipe a également découvert l'origine de ces déchirements. En tirant sur cet onglet, l'énergie augmente dans le pli qui se forme lorsque l'on tente de décoller l'adhésif de la surface. L'adhésif libère de l'énergie de deux façons: soit en se décollant de la surface, soit en devenant plus étroit. Les scientifiques ont pu distinguer trois propriétés inhérentes aux matériaux adhésifs: leur élasticité, leur énergie adhésive (la puissance d'adhésion du scotch sur la surface) et l'énergie de fracture (la résistance lors du déchirement). Les scientifiques ont mis au point une formule qui permet de déterminer l'une de ces propriétés en fonction des deux autres et à l'aide d'une mesure simple de l'angle du triangle. Leurs résultats devraient avoir d'importantes répercussions dans le domaine de la technologie des matériaux. Ils pourraient, par exemple, aider les ingénieurs à calculer l'une des trois propriétés lorsque les deux autres sont connues. Ce qui se révèlerait particulièrement utile pour le développement de films ultrafins, qui constituent des éléments fondamentaux dans de nombreux micro- ou nanosystèmes. Ces films possèdent des propriétés difficiles à manipuler; nous les utilisons chaque jour sous forme de détecteurs de choc dans les airbags et les micro-miroirs de projecteurs vidéo de deuxième génération.
Pays
France, États-Unis