Métamatériaux mécaniques, qui présentent des propriétés inhabituelles telles que le morphing de forme et la programmabilité, ont été trouvés pour afficher d'autres caractéristiques surprenantes. Lorsque les matériaux sont d'une taille plus grande, de nouvelles règles semblent s'appliquer. Cela a été découvert par des chercheurs de l'AMOLF, Université de Leyde et Université d'Amsterdam. Leurs conclusions seront publiées dans Physique de la nature le 25 septembre.

"Dans des matériaux standard tels qu'un élastique, nous comprenons ce qui se passe lorsque vous ajoutez plus de matériel, " dit le premier auteur Corentin Coulais. " Si vous faites l'élastique deux fois plus long, il est alors deux fois plus facile à étirer. C'est la mécanique de base. Mais les métamatériaux mécaniques sont différents. L'exact opposé peut arriver. Par exemple, nous avons découvert qu'un long métamatériau peut en fait être plus rigide qu'un court."

Jusqu'à maintenant, la recherche sur les métamatériaux s'est concentrée sur des systèmes relativement petits dans lesquels des aspects tels que la programmabilité sont facilement étudiés. "Toutefois, nous soupçonnions que des effets différents se produiraient dans des systèmes plus grands, " dit Coulais. " Nous avons maintenant étudié cela de manière approfondie. "

En tant que post-doctorant dans le groupe Métamatériaux mécaniques de Martin van Hecke, Coulais a examiné une bande de métamatériau relativement simple avec Chris Kettenis, étudiant à la maîtrise à l'Université de Leiden. Ce métamatériau unidimensionnel, constitué d'éléments rigides pouvant légèrement pivoter les uns par rapport aux autres, est devenu de façon inattendue plus rigide lorsque sa longueur a été doublée. L'effet d'échelle frappant s'est également produit dans le cas des métamatériaux bidimensionnels et tridimensionnels plus complexes.

L'équipe a également découvert qu'il existait également une échelle de longueur caractéristique qui marquait la transition de petite à grande. Coulais dit, "On voit qu'au dessus de cette échelle, la fonctionnalité spéciale des métamatériaux s'use, pour ainsi dire. Les effets spéciaux de la structure géométrique s'étalent."

Coulais souligne que seule la conception du métamatériau est responsable de l'échelle de longueur caractéristique. Prendre, par exemple, l'influence de la flexibilité des points de pivot entre les carrés. Les propriétés intrinsèques du caoutchouc dont est constitué le métamatériau ne sont pas pertinentes. "Il s'agit vraiment d'un nouveau phénomène physique que nous avons également pu reproduire dans des simulations informatiques."

Il est clair que les concepteurs de métamatériaux doivent tenir compte de l'échelle de longueur caractéristique. Cependant, cela ne limite pas les possibilités, dit Coulais. "Au contraire, la nouvelle physique que nous décrivons maintenant dans Physique de la nature introduit en fait une toute nouvelle gamme de possibilités."

Une autre conséquence des effets d'échelle est également apparue. Lorsque le matériau est plus grand, un petit décalage dans la position du point de pression entraînera une réponse complètement différente du matériau. Cela ouvre des possibilités pour concevoir des matériaux qui intègrent différents types de comportement. Un exemple est un matériau qui peut être à la fois flexible et rigide en fonction de la manière dont il est rétréci. Coulais est maintenant employé à l'Institut de Physique de l'Université d'Amsterdam (UvA), où il poursuit son travail de pionnier avec son propre groupe de recherche. "Il y a encore beaucoup à découvrir sur ces matériaux inhabituels."