CNRS : comprendre le comportement de matériaux solides et liquides

La mousse de savon : un modèle pour comprendre le comportement de matériaux solides et liquides

Communiqué de presse – Lundi 24 Octobre 2005 – Un avion pourrait-il voler dans de la mousse ? Non, répondent des chercheurs du Laboratoire de spectrométrie physique (CNRS/Université Joseph Fourier Grenoble) (1). Ils viennent en effet de mettre en évidence, grâce à une soufflerie originale, les propriétés de l’écoulement de la mousse autour d’un obstacle en forme d’aile d’avion. Les résultats publiés dans Physical Review Letters permettent de mieux comprendre les déformations de toute une classe de matériaux se comportant selon les cas comme un solide ou un liquide : depuis les matériaux pâteux ou granulaires jusqu’aux cellules biologiques ou microcristaux de glace.

La mousse est un curieux matériau qui se comporte selon les cas comme un solide ou un liquide. Lorsque l’on observe la mousse à raser, elle garde une forme, voire se sculpte, mais s’écoule sous la lame de rasoir en mouvement.

Pour analyser ce comportement complexe, les chercheurs ont construit une soufflerie originale : la mousse est poussée dans un canal de visualisation où l’on observe son écoulement autour d’un obstacle. Sans surprise, la mousse ralentit là où on lui offre plus de place, c’est-à-dire dans le creux sous l’aile, et accélère au-dessus de l’aile.

© Benjamin Dollet / Laboratoire de spectrométrie physique

Plus inattendu, alors que dans le cas de l’air un tel écoulement crée une différence de pression qui soulève l’avion, la réponse de la mousse est dominée par l’élasticité des bulles. Pour réduire leur déformation, les bulles du bas tirent l’obstacle vers le bas, les bulles du haut le poussent aussi vers le bas, et l’aile d’avion descend.

L’analyse de ce phénomène alimente la compréhension théorique de toute une classe de matériaux qui se comportent selon les cas comme un solide ou un liquide. Ces résultats permettent notamment de comprendre comment les cellules se réarrangent pendant l’embryogénèse, ou encore comment les microcristaux de glace récupérés par carottage sont déformés selon leur profondeur, caractéristique de leur âge.

Notes :
1) Avec la collaboration d’un chercheur du CEA

Références :
Anti-inertial lift in foams: a signature of the elasticity of complex fluids, Benjamin Dollet, Miguel Aubouy, and François Graner, Physical Review Letters 95, 168303 (2005)