Des matériaux liquides remarquables appelés colloïdes se raidissent sous l'impact. Des chercheurs financés par le Fonds national suisse de la recherche scientifique ont étudié l'effet d'impacts puissants tels que ceux produits par des armes à feu ou des micrométéorites.

A première vue, les colloïdes ressemblent à des liquides homogènes tels que le lait ou le plasma sanguin. Mais en fait ils sont constitués de particules en suspension. Certains colloïdes ont des propriétés remarquables :ils peuvent se rigidifier suite à un impact et absorber les chocs de surface. Cette propriété est intéressante pour de nombreuses applications, des gilets pare-balles aux boucliers de protection pour les satellites. Des chercheurs financés par le Fonds national suisse de la recherche scientifique (FNS) ont découvert que le fonctionnement de ces colloïdes peut changer radicalement en réponse à des impacts très forts. Les scientifiques ont également développé un modèle qui rend ces propriétés plus faciles à comprendre. Le travail a été publié dans la revue PNAS .

Le professeur du FNS Lucio Isa et son équipe de l'ETH Zurich créent des cristaux colloïdaux à deux dimensions. Les cristaux sont constitués de billes de silice de plusieurs millièmes de millimètre de diamètre dans un mélange d'eau et de glycérine. En collaboration avec Chiara Daraio de Caltech et Stéphane Job de l'Institut supérieur de mécanique de Paris, les chercheurs ont étudié comment ce type de matériau absorbe les chocs.

L'équipe a observé que lorsque les particules colloïdales sont de la taille d'un micromètre, la force et la vitesse de l'impact modifient la façon dont les chocs sont absorbés. En dessous d'un certain seuil, la viscosité du liquide est le facteur déterminant, et les modèles classiques décrivent très bien le phénomène. "Il faut imaginer ces minuscules billes de verre dans leur liquide, " dit Isa. " Lors d'un choc, les billes se déplacent et dispersent le fluide autour d'elles, plus ou moins rapidement selon sa viscosité. Le mouvement du fluide est ce qui fait que tout se raidit."

Lorsque le choc est particulièrement intense, le liquide ne coule plus entre les billes, et ils se déforment. "Dans cette situation, les propriétés physiques des billes influencent fortement l'absorption des chocs, et les équations habituelles ne s'appliquent plus, " dit Isa.

Impact d'une balle

Pour que les particules aient un effet, l'impact doit être extrêmement intense, comme celle causée par une arme à feu ou des micrométéorites (objets de la taille de grains de sable capables de frapper des satellites à la vitesse de dix kilomètres par seconde).

"Ce n'était pas facile de générer des impacts de cette intensité en laboratoire, " explique Isa. Pour ce faire, les chercheurs ont recouvert un petit pourcentage des billes de silice avec de l'or. Lorsqu'il est exposé à une lumière laser pulsée, l'or s'est évaporé, produisant une onde de choc puissante dans le colloïde comparable à celle provoquée, dire, par l'impact d'une micrométéorite.

Des caméras ultra-rapides ont enregistré l'action à travers l'objectif d'un microscope.

"Les colloïdes présentant de telles propriétés sont des matériaux vraiment intéressants à étudier, " dit Isa. " Par exemple, ils pourraient même être utilisés pour le développement futur de boucliers protégeant les satellites contre les impacts de micrométéorites."