Des chimistes et des physiciens de l'Université d'Amsterdam ont mis en lumière un aspect crucial du frottement :comment les choses commencent à glisser. En utilisant la microscopie à fluorescence et des molécules fluorescentes dédiées, ils sont capables de déterminer comment et quand le frottement au contact entre deux objets est surmonté et le glissement commence à se produire. Ils rapportent les détails de cette importante transition du frottement statique au frottement dynamique dans The Journal of Physical Chemistry Letters .

Le frottement est responsable d'environ 25 % de la consommation mondiale d'énergie. L'une des questions clés pour la stabilité de nombreux systèmes est de savoir comment et quand les objets commencent à glisser les uns par rapport aux autres - pensez aux tremblements de terre ou à votre pied sur le sol. Lorsque deux objets se touchent, la zone de contact est formée par les nombreuses protubérances microscopiques des deux interfaces qui se touchent et s'imbriquent. L'application d'une force de cisaillement fait glisser les objets les uns sur les autres, brisant ces contacts initiaux.

Faire glisser une sphère sur une surface en verre

À l'Université d'Amsterdam, les groupes du professeur Daniel Bonn (Institut de physique) et du professeur Fred Brouwer (Institut Van 't Hoff des sciences moléculaires) ont une coopération continue pour étudier le processus de frottement jusqu'au niveau microscopique de la rugosité . Dans l'article qui vient d'être publié dans The Journal of Physical Chemistry Letters ils rapportent des expériences où une sphère est traînée sur une surface de verre.

La surface du verre a été décorée avec un type spécial de molécules (mécanophores fluorogènes) qui commencent à émettre de la lumière (fluorescence) lorsqu'elles sont soumises à la contrainte de la force de cisaillement. Au moment où cette force disparaît, les molécules retrouvent leur forme stable et non fluorescente.

Cela permet aux scientifiques de visualiser et de quantifier directement la force de cisaillement microscopique jusqu'au niveau de rugosité microscopique, et d'établir comment elle évolue pendant la transition de l'état statique à l'état mobile. Les chercheurs constatent, entre autres, que juste avant que le glissement ne se produise, une onde de glissement se propage du bord vers le centre de la zone de contact macroscopique. Cela permet une compréhension locale quantitative et microscopique de la manière dont les surfaces commencent à glisser.