Par Grahame Turner Mis à jour le 24 mars 2022
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De nombreux matériaux naturels se dilatent lorsqu’ils sont chauffés et se contractent lorsqu’ils sont refroidis, mais un élastique fait le contraire. Lorsque vous passez un sèche-cheveux dessus, la bande se raccourcit et lorsque vous la placez au congélateur, elle s'étire.
Le caoutchouc est un polymère réticulé dont les chaînes s’entremêlent comme une pelote de laine. À l'état solide, les chaînes sont coincées ensemble dans une configuration de bobine aléatoire. La température modifie l'énergie cinétique des chaînes :la chaleur augmente leur vibration, tandis que le froid la ralentit.
Dans des conditions ambiantes, les chaînes enchevêtrées résistent à l'extension. Lorsque vous tirez sur un élastique, les chaînes se redressent, emmagasinant de l'énergie élastique. Lorsque vous le relâchez, les chaînes reprennent leur état enroulé et le bracelet reprend sa longueur d'origine.
Chauffer la bande « déroule » la structure de la bobine. Le mouvement accru permet aux chaînes de s’aligner de manière plus linéaire, réduisant ainsi le volume qu’elles occupent. En conséquence, la bande rétrécit, même si les molécules de polymère individuelles se déplacent toujours plus rapidement. Cet effet contre-intuitif est bien documenté dans la recherche en physique des polymères.
Le refroidissement inverse le processus. Les chaînes deviennent plus rigides et sont contraintes à un agencement d'emballage plus serré et plus efficace. La bande s'allonge donc légèrement et devient plus élastique, facilitant ainsi son étirement.
En résumé, l'apparente contradiction entre le comportement du caoutchouc et celui de la plupart des matériaux provient de la structure unique enchevêtrée de ses chaînes polymères et de la manière dont la température modifie leur mouvement.