De surprenants matériaux liquides se rigidifient sous les chocs : les colloïdes. Des chercheurs de l’École Polytechnique Fédérale de Zurich, du California Institute of Technology et de Supméca ont réussi à étudier l’effet d’impacts très intenses tels que ceux d’une arme à feu ou de micrométéorites. Leurs travaux sont publiés dans les Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (*).
En France, cette étude a été développée par des chercheurs de Supméca au sein de l’équipe Vibroacoustique et Structures du laboratoire Quartz (EA 7393). Elle s’inscrit dans le contexte du projet ANR/FRAE Metaudible. Une des thématiques forte de cette équipe concerne la propagation et la dissipation d’énergie vibratoire et acoustique.
En particulier, le projet Metaudible, cofinancé par l’Agence Nationale de la Recherche et la Fondation de Recherche pour l’Aéronautique et l’Espace en partenariat avec l’Université du Maine et l’École Nationale des Travaux Publics de l’État, vise à étudier et concevoir des metamatériaux pour l’absorption du son par des structures légères, compactes et innovantes, notamment pour les besoins de l’aéronautique. Dans ce contexte, de nouveaux metamatériaux, comme les matériaux poro-granulaires, ont également été étudiés pour répondre aux enjeux de la transmission et de l’isolation du bruit.
À première vue, les colloïdes ressemblent à des liquides homogènes – par exemple le lait, le plasma sanguin ou les sédiments. En réalité, ils sont composés de particules en suspension. Certains colloïdes présentent des propriétés étonnantes : visqueux, ils durcissent suite à un impact et absorbent le choc en surface. Cette propriété présente un intérêt dans nombre d’applications, du gilet pare-balle au bouclier de protection des satellites. L’équipe de chercheurs suisses, américains et français ont découvert que leur fonctionnement peut changer radicalement sous de très forts impacts et ont mis au point un modèle permettant de mieux comprendre ces propriétés. Ils ont observé que lorsque les particules du colloïde sont de taille micrométrique, la force et la rapidité de l’impact changent la manière dont les chocs sont absorbés. Lorsque le choc est particulièrement puissant, le liquide ne coule plus entre les interstices et les particules en suspension se déforment. Cette propriété engendre alors une dissipation de l’énergie mécanique extrêmement importante.
Cette publication fait l’objet d’un communiqué de presse conjoint du Fond National Suisse de la recherche scientifique (FNS), de l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) et de la Fondation de Recherche pour l’Aéronautique et l’Espace (FRAE) : Communiqué FNS « Des liquides qui amortissent les chocs »
(*) Buttinoni et al., Direct observation of impact propagation and absorption in dense colloidal monolayers. PNAS (2017). http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1712266114
