L'application d'une contrainte sur un solide provoque l'écoulement du matériau, un phénomène connu sous le nom d'instabilité de Rayleigh-Taylor. Ce flux provoque la formation d'ondulations à la surface du matériau, formant des structures en forme de jet sortant de la surface. Crédit :Shengtai Li et Hui Li/Laboratoire national de Los Alamos; adapté par APS/Joan Tycko
Une équipe combinée de chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory aux États-Unis et de l'Atomic Weapons Establishment au Royaume-Uni a découvert que la compression rapide du plomb à des pressions de type noyau planétaire le rend plus résistant que l'acier. Dans leur article publié dans la revue Lettres d'examen physique, le groupe décrit comment ils ont réussi à comprimer le métal si fortement sans le faire fondre.
Il est difficile de définir la résistance d'un matériau. La résistance peut faire référence à la capacité d'un matériau à résister à la flexion ou à la rupture dans certaines conditions. Pour rendre les choses encore plus compliquées, la résistance d'un matériau donné peut changer dans des conditions variables, comme lorsque de la chaleur ou de la compression sont appliquées. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont montré à quel point il peut être difficile de déterminer la résistance d'un matériau - dans ce cas, mener.
Le plomb n'est pas très fort. Il suffit d'appuyer un ongle contre la borne de batterie d'une voiture pour créer des empreintes, par exemple. Mais les chercheurs avec ce nouvel effort rapportent que le métal peut être considérablement renforcé en exerçant une pression extrême.
Dans le cadre de leurs efforts pour mieux comprendre la nature de la résistance des matériaux, les chercheurs ont soumis un morceau de plomb d'environ la taille d'un pois à un barrage de lasers gracieuseté du National Ignition Facility. Dans tout, ils ont tiré 160 faisceaux sur l'échantillon tout en testant simultanément sa résistance en regardant de minuscules ondulations se former à sa surface. Les chercheurs ont adopté cette approche car elle leur permettait de contrôler la température du plomb en faisant varier la forme des impulsions laser.
Normalement, presser un métal le rend chaud - il ne faut pas beaucoup de chaleur pour faire fondre le plomb. En utilisant les lasers, ils ont réussi à maintenir l'échantillon de plomb en dessous de son point de fusion en augmentant progressivement la pression sur des dizaines de nanosecondes. Pour mesurer l'échantillon lorsque la pression augmente, l'équipe a utilisé des rayons X pour observer les ondulations se former à sa surface en raison de la compression la traversant. En mesurant la forme et la longueur des ondulations, les chercheurs ont pu mesurer la viscosité, l'écoulement et la résistance du matériau lorsqu'il se déforme.
Les chercheurs rapportent que lorsqu'ils sont compressés à environ 400 gigapascals, l'échantillon a été mesuré à environ 10 fois plus résistant que l'acier à haute résistance dans les conditions ambiantes.
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