Les scientifiques ont découvert un moyen de résoudre un problème qui déconcerte les humains depuis si longtemps qu'il est mentionné dans la Bible :parvenir à l'emballage le plus efficace d'objets tels que les céréales et les médicaments.

Le chercheur principal, le Dr Mohammad Saadatfar de l'Université nationale australienne (ANU), a déclaré que ces connaissances pourraient être vitales pour la construction de gratte-ciel sur le sable, comprendre comment les grains étaient stockés dans des silos, ou comment les médicaments étaient emballés et livrés à des cibles spécifiques dans le corps.

"C'est fou - le sable est l'un des matériaux de construction les plus courants au monde et les drogues sont souvent emballées sous forme de pilules, mais nous ne comprenons vraiment pas comment se comportent les assemblages de grains ou de pilules, " a déclaré le Dr Saadatfar de l'École de recherche en physique et en génie de l'ANU.

L'équipe internationale de physiciens et de mathématiciens a utilisé des tomodensitogrammes à haute résolution pour révéler comment les particules sphériques dans un arrangement désordonné se déposent et se compactent en motifs ordonnés.

"Maintenant, nous pensons avoir découvert les mécanismes sous-jacents à la transition d'un emballage désordonné de grains à des structures ordonnées, " il a dit.

"Chaque fois que des sphères - comme des ballons de football, roulements à billes ou atomes - sont entassés dans un espace, l'emballage le plus efficace est dans un modèle très ordonné, connu sous le nom de cubique à faces centrées.

"Les atomes de sodium et de chlorure dans les cristaux de sel sont également disposés et ordonnés de cette façon."

Lorsqu'il est organisé de cette façon, les sphères avaient un minimum d'écarts entre elles, occupant un peu plus de 74 % de l'espace, dit le Dr Saadatfar.

"Toutefois, en s'installant rapidement, les sphères ne forment pas naturellement cet arrangement, atteignant seulement 64 pour cent au mieux, un arrangement connu sous le nom d'emballage fermé aléatoire, " il a dit.

L'équipe avait déjà montré que l'emballage de 64 pour cent n'est pas un arrangement aléatoire. En réalité, les sphères ont tendance à former des arrangements serrés de tétraèdres auto-organisés en anneaux de cinq.

"Pendant longtemps, les scientifiques pensaient qu'il était impossible d'emballer les sphères plus efficacement de manière naturelle et extrêmement difficile à observer en laboratoire, ", a déclaré le Dr Saadatfar.

« C'est parce qu'il est difficile de passer à la structure parfaitement ordonnée. Cela nécessite de briser les modèles désordonnés qui se sont développés naturellement et qui sont mécaniquement robustes.

"Vous devez ajouter juste la bonne quantité d'énergie pour cela - trop peu d'énergie et l'emballage reste désordonné, trop, le cristal ne se formera pas non plus."

Le Dr Saadatfar a déclaré que la transition vers un arrangement d'emballage plus strict était mentionnée dans la Bible.

"Luc 6:38 déclare 'Une bonne mesure, appuyé, secoués ensemble et débordent, sera versé sur vos genoux. Car avec la mesure que vous utilisez, il vous sera mesuré. Il mentionne tous les protocoles expérimentaux que nous avons utilisés en laboratoire - en appuyant, tremblement, verser, ", a déclaré le Dr Saadatfar.

"Je ne suis pas sûr que les auteurs de la Bible en aient trouvé la base mathématique."

L'équipe a utilisé le domaine relativement nouveau des mathématiques connu sous le nom d'homologie pour interpréter des images de microscope à rayons X en 3D et des simulations informatiques à grande échelle.

Le Dr Saadatfar a déclaré que pour différentes formes de particules, les mathématiques sont devenues beaucoup plus complexes.

"Quand vous regardez les ballons de football ou les M&Ms, nous avons beaucoup de travail à faire, ", a déclaré le Dr Saadatfar.

"Je vais garder mon département approvisionné en M&Ms pour les prochaines années."