Tout a commencé avec une machine à laver tremblante. Pedro Reis, responsable du Laboratoire Structures Flexibles de la Faculté d'Ingénieurs de l'EPFL, a enroulé un morceau de tissu et l'a placé sous la machine pour l'empêcher de bouger. Après avoir vu à quel point le tissu enroulé fonctionnait comme amortisseur de vibrations, il s'est mis à réfléchir. Il a parlé avec Samuel Poincloux, un post-doctorant dans son laboratoire, à propos de son idée et ils se sont vite rendu compte que la physique derrière un morceau de matériau enroulé subissant une déformation n'est en fait pas triviale. Ils ont entrepris de modéliser le processus, mais étant donné toutes les différentes variables impliquées, ils ont décidé de simplifier d'abord le problème. Au lieu d'utiliser du tissu enroulé, ils ont commencé avec un objet en couches possédant une géométrie similaire :un livre. "Pour nos expériences, nous avons utilisé des feuilles de plastique souple que nous avons empilées comme les pages d'un livre, afin que nous puissions ajuster et mesurer leurs propriétés collectives, " dit Poincloux.

Plier un livre

Les ingénieurs ont examiné deux facteurs en particulier :la quantité de force nécessaire pour plier une pile de feuilles, et la meilleure façon de mesurer l'énergie perdue par frottement entre des paires de feuilles contiguës. Pour évaluer le premier facteur, ils ont développé une configuration expérimentale qui pourrait plier les feuilles empilées et mesurer la quantité de force requise. "Au départ, nous pensions que la force nécessaire pour plier deux feuilles était simplement deux fois celle d'une feuille, " dit Poincloux. " Mais nous avons constaté que lorsque vous avez plusieurs feuilles entassées, l'équation n'est plus linéaire en raison de l'interaction frictionnelle entre les feuilles. Cela signifie que la résistance à la déformation augmente plus rapidement que le nombre de feuilles."

Combattre les frictions

Ensuite, ils ont abordé la question de la friction. « Nous savions que l'énergie se dissipait lorsque nous déformions les feuilles, mais nous voulions pouvoir mesurer et prédire précisément combien, " dit Poincloux. Lui et Reis ont d'abord essayé d'utiliser des modèles informatiques, mais ont découvert que la plupart ne tenaient pas pleinement compte des frictions dans les configurations avec de nombreuses interfaces. " Plier un livre - ou dans notre cas, piles de feuilles de plastique - crée des forces de friction entre les feuilles individuelles. Ce frottement ne peut être négligé, " dit Poincloux. " Nous avons quelques méthodes pour mesurer la dissipation par frottement mais aucun modèle mathématique existant que nous pourrions utiliser. " Les ingénieurs de l'EPFL ont donc contacté Basile Audoly, chercheur à l'École Polytechnique, s'appuyer sur ses travaux de modélisation de structures hautement conformes. L'équipe de recherche a finalement pu prédire les résultats de leurs expériences en laboratoire à l'aide d'une nouvelle théorie qui intègre l'effet de la friction. "Nos travaux pourraient servir de base pour décrire le comportement de matériaux multicouches comme le graphène, voire des strates géologiques, " dit Poincloux.

Les ingénieurs espèrent également que leur découverte pourra aider les chercheurs à mieux comprendre les mécanismes d'absorption des chocs et à concevoir des amortisseurs plus efficaces, comme des matelas et des nattes, avec dissipation d'énergie réglable.