Les matériaux désordonnés, tels que les mousses alvéolaires, les réseaux de fibres et de polymères sont populaires dans des applications allant de l'architecture à l'échafaudage biomédical. Prédire quand et où ces matériaux peuvent tomber en panne pourrait avoir un impact non seulement sur les matériaux actuellement utilisés, mais aussi les futurs designs. Des chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord et de l'Université de Californie à Los Angeles ont pu prévoir des points de défaillance probables dans des réseaux découpés au laser désordonnés en deux dimensions sans avoir besoin d'étudier les états détaillés du matériau.

L'intérieur des matériaux désordonnés est formé par un réseau de connexions entre des poutres élancées qui se coupent en divers points - ou nœuds - à travers le matériau. Leur structure permet à la fois la compression et la déformation, leur permettant de résister à différents types de force.

Estelle Berthier, chercheur postdoctoral à NC State et auteur principal d'un article décrivant la recherche, afin de déterminer s'il est possible de prédire où la défaillance est la plus susceptible de se produire dans un réseau désordonné. Berthier et co-auteur Karen Daniels, professeur de physique à NC State, généré des réseaux basés sur les réseaux de contact observés dans les matériaux granulaires et examiné une propriété connue sous le nom de centralité géodésique entre les bords (GEBC).

"L'importance d'une périphérie dans un réseau réside dans sa capacité à connecter différentes parties du réseau en utilisant le chemin le plus court, " dit Berthier. " Dans notre modèle de treillis, lorsque vous connectez chaque nœud du réseau en empruntant le chemin le plus court, vous utilisez un de ces faisceaux, ou des bords. Si vous passez beaucoup par un bord particulier, alors ce bord a une centralité élevée. Pensez à utiliser le chemin le plus court, ou route, entre deux villes. La valeur de centralité est la route la plus populaire sur ce chemin le plus court."

En collaboration avec le mathématicien UCLA Mason Porter, les chercheurs ont utilisé un algorithme informatique pour calculer le GEBC pour le réseau et ont découvert que les bords avec une valeur de centralité plus élevée que la moyenne étaient les plus susceptibles d'échouer.

« Si vous avez un trafic plus élevé sur une route particulière, alors il y a plus d'usure, " dit Berthier. " De même, une valeur de centralité plus élevée signifie qu'un chemin particulier dans le matériau fait face à plus de force "trafic, ' et devrait être surveillé de plus près ou peut-être étayé d'une manière ou d'une autre."

Les chercheurs ont découvert que les valeurs GEBC à elles seules étaient suffisantes pour identifier les sites de défaillance dans le matériau.

"L'une des choses qui m'a surpris dans les résultats, c'est que les calculs ne nous obligent à connaître aucune des propriétés des matériaux, juste comment les pièces ont été connectées ensemble, " dit Daniels. " Bien sûr, nous pouvons rendre les prédictions encore plus fortes en incluant des informations sur les interactions physiques dans nos calculs."

La recherche apparaît dans Actes de l'Académie nationale des sciences et a été soutenu par la Fondation James S. McDonnell.