En étudiant le comportement d'un jeu de cartes, et des piles d'autres matériaux, comme l'acier et l'aluminium, des scientifiques de l'Université Drexel prouvent l'existence d'un phénomène de flambage qui se produit à l'intérieur des matériaux en couches lorsqu'ils sont mis sous pression. La découverte pourrait façonner la façon dont les chercheurs - des ingénieurs structurels et mécaniques aux géologues et sismologues - étudient la façon dont les choses se déforment sous pression.

Ce phénomène, décrit comme un comportement "élastique non linéaire entortillant" par les chercheurs du département de science et génie des matériaux de Drexel qui l'ont signalé pour la première fois en 2016, est mieux décrit comme la séparation et le flambage des couches internes d'un matériau lorsqu'elles sont comprimées par les côtés. Des exemples courants sont la façon dont les cartes d'un jeu de cartes à jouer se plient lorsque vous les pressez par les bords sans permettre aux cartes de se séparer, ou comment une ondulation se forme parfois dans un tapis si elle est poussée par le bord.

Dans des environnements sous pression comme celui-ci, que ce soit à la table de jeu ou au milieu des plaques tectoniques, quelque chose doit donner. Leur théorie explique exactement à quoi ressemble ce "donner" et comment cela se produit. Dans leur article récent "Ripplocations:A Universal Deformation Mechanism in Solids, " publié dans la revue Documents d'examen physique , les chercheurs donnent un premier aperçu de ces ondes internes, surnommés "ripplocations, " que l'on peut observer à l'œil nu.

"Ce que nous avons fait ici, c'est montrer que les ripplocations existent au niveau macro, puis les modéliser au niveau atomique, et a montré que la réponse était fondamentalement la même », a déclaré Michel Barsoum Ph.D., Professeur émérite au Drexel's College of Engineering et auteur principal de l'article. « C'est la première fois que des riplocations sont observées en action et nous ont aidés à comprendre pourquoi elles sont réversibles »

Les travaux antérieurs de Barsoum ont suggéré l'existence de riplocations en utilisant des simulations atomistiques de matériaux en vrac. Ce rapport démontre clairement la formation de bandes d'ondulation - des couches intérieures qui sont bouclées dans des formations en forme de vague - lorsqu'elles se forment dans une pile de cartes, tôles minces d'acier et d'aluminium lorsqu'elles sont comprimées latéralement lorsqu'elles sont confinées.

« L'expérience que nous avons menée est assez simple en fait. Dans un cas, nous avons confiné un jeu de cartes sur les côtés et poussé dessus par le haut. A une charge donnée, le flambage se produit, mais parce que le pont est confiné, ils se comportent comme des ondes totalement réversibles, " a déclaré Leslie Lambertson, Doctorat., professeur agrégé au College of Engineering et co-auteur de l'article.

"En utilisant des simulations atomiques, nous montrons que dans le graphite, comme dans le jeu de cartes, les ondulations nucléent quelque temps avant que le matériau n'atteigne son point de rupture et jusqu'à ce qu'il atteigne ce point, le comportement est entièrement réversible - si la pression est supprimée, les ondulations se dissipent et les couches reprennent leur forme initiale, " a déclaré Garritt Tucker, Doctorat., professeur adjoint à la Colorado School of Mines et co-auteur de l'article.

Ils ont également observé que des bandes d'ondulation se forment d'un seul coup, avec les vagues émergeant en masse lorsque la charge est appliquée. La hauteur des ondulations, ou d'amplitude, augmenté avec la charge.

"Cet article montre que les ripplocations sont indépendantes de l'échelle, " a déclaré Barsoum. " Cette première enquête a montré que les ripplocations existent et sont plus ou moins entièrement réversibles et qu'elles dissipent l'énergie d'une manière que nous avons observée dans les solides en couches à l'échelle atomique depuis plus d'une décennie maintenant. Mais démontrant le même comportement dans les matériaux stratifiés que nous pouvons voir directement, est une étape importante pour prouver que le comportement se produit dans des matériaux de toutes tailles."

Barsoum suggère que cette recherche pourrait un jour informer les géologues étudiant la déformation des formations géologiques stratifiées, ainsi que de nous aider à mieux comprendre le comportement de la tectonique des plaques à l'origine des tremblements de terre.

"La recherche sur la déformation des systèmes en couches en général a porté sur leur échec. Dans ce travail, nous montrons qu'il y a un important, régime élastique non linéaire qui précède la rupture qui a, à notre connaissance, été presque totalement négligé. Le cas que nous avons fait, cependant, que comprendre ce régime est crucial et fondamental pour comprendre tous les autres, " ils écrivent.