La couche de mucus sur la face inférieure d'un pied d'escargot est un exemple de matériau mou qui cède au stress jusqu'à un certain point, coule alors. Ce comportement, simplifié dans une nouvelle étude de chercheurs de l'Université de l'Illinois Urbana-Champaign, c'est ce qui aide l'escargot à se déplacer sans glisser encombrant, semblable à celui de nombreux autres matériaux naturels et synthétiques, de la boue aux additifs qui font couler le dentifrice lorsqu'il est pressé. Crédit :Rodrigo Quarteu
Des années d'expérimentation méticuleuse ont porté leurs fruits pour les chercheurs visant à unifier la physique qui définit les matériaux qui passent des solides aux liquides. Les chercheurs ont déclaré qu'un nouveau modèle théorique pourrait aider à développer de nouveaux matériaux synthétiques et informer et prédire les défis du génie civil et de l'environnement tels que les coulées de boue, ruptures de barrages et avalanches.
L'étude, dirigé par Simon Rogers, professeur de génie chimique et biomoléculaire à l'Université de l'Illinois Urbana-Champaign, dévoile une expression mathématique unifiée qui définit comment les matériaux souples mais rigides passent d'un écoulement solide à un écoulement liquide lorsqu'ils dépassent leur seuil de contrainte spécifique. Les résultats sont publiés dans la revue Lettres d'examen physique .
« Le comportement des fluides à limite d'élasticité a été traditionnellement défini en essayant de combiner la physique de deux types de matériaux différents :les solides et les liquides, " a déclaré l'auteur principal Krutarth Kamani, un étudiant diplômé en génie chimique et biomoléculaire à l'Illinois. "Mais maintenant, nous avons montré que ces états physiques - solide et liquide - peuvent coexister dans un même matériau, et nous pouvons l'expliquer en utilisant une expression mathématique."
Pour développer ce modèle, l'équipe a effectué de nombreuses études qui ont soumis une variété de matériaux mous différents à des contraintes tout en mesurant les réponses de contrainte individuelles de type solide et liquide à l'aide d'un appareil appelé rhéomètre.
"Nous avons pu observer le comportement d'un matériau et voir une transition continue entre les états solide et liquide, " dit Rogers, qui est également affilié au Beckman Institute for Advanced Science and Technology de l'U. of I. "Les modèles traditionnels décrivent tous un changement brusque de comportement du solide au liquide, mais nous avons pu résoudre deux comportements distincts qui reflètent la dissipation d'énergie via des mécanismes solides et fluides."
L'étude rapporte que ce développement donne aux chercheurs un modèle simple avec lequel travailler, facilitant la réalisation de calculs à grande échelle comme ceux nécessaires pour modéliser et prédire des événements catastrophiques comme les coulées de boue et les avalanches.
« Les modèles existants sont coûteux en calcul, et les chercheurs doivent lutter avec les chiffres pour que les calculs soient aussi précis que possible, " a déclaré Rogers. " Notre modèle est simple et plus précis, et nous l'avons montré à travers de nombreuses expériences de validation de principe."
Les chercheurs ont déclaré que les études complexes de limite d'élasticité des fluides sont un sujet brûlant pour ceux qui étudient les écoulements géophysiques, l'assainissement des déchets et les processus industriels comme le développement de nouveaux matériaux, L'impression 3D et la minimisation des coûts de transport des déchets. "Notre modèle définit un exemple basique de comportement solide-liquide, mais je pense que cela servira de point de départ aux chercheurs pour faire des progrès significatifs dans la définition des phénomènes plus complexes des fluides à limite d'élasticité. »
