Les animaux et les appareils électroniques ne sont pas les seuls à avoir une mémoire. Les matériaux peuvent conserver des souvenirs de déformations passées dans leur structure microscopique. Un exemple courant est le pli d’une feuille de papier qui a été pliée puis dépliée. Comprendre ce type de mémoire pourrait bénéficier à la conception de matériaux qui réagissent de manière prévisible aux changements de leur environnement. Cela peut également être une source d’idées sur les divers types de mémoire étudiés par les neuroscientifiques, notamment la façon dont les mémoires à court terme et à long terme interagissent et s’influencent mutuellement.
Aujourd’hui, des chercheurs de Penn State ont montré que deux types différents de mémoire matérielle peuvent coexister dans un simple mélange de petites particules en suspension dans un liquide visqueux. Comme les mémoires à long et à court terme, ces mémoires matérielles interagissent et entrent en compétition.
Un article décrivant ces travaux a récemment été publié et mis en avant comme suggestion des éditeurs dans la revue Physical Review Letters.
« Quand vous enregistrez un fichier sur votre ordinateur, cette nouvelle mémoire n’influence aucun des autres fichiers déjà présents », a déclaré Surendra Padamata, étudiant diplômé en physique à l’Eberly College of Science de Penn State et premier auteur de l’article. « Mais en neurosciences, nous savons que, par exemple, une mémoire à long terme peut changer avec le temps, influencée par les nouveaux souvenirs à court terme acquis au fil des années. Par exemple, un roman lu à l’adolescence peut sembler être une simple histoire. S’en souvenir plus tard dans la vie, après des expériences personnelles qui en font écho, peut révéler des couches de sens qui sont passées inaperçues la première fois. Nous avons été inspirés en réfléchissant à la façon dont les souvenirs interagissent de cette manière pour voir si nous pouvions trouver une situation analogue dans un matériau. »
L’équipe de recherche étudie la mémoire dans les suspensions non browniennes. Comme le sirop de chocolat ou le béton frais, les suspensions non browniennes sont composées de particules relativement grosses dans un liquide visqueux. Les particules sont suffisamment grandes pour que leur mouvement ne soit pas influencé par le mouvement brownien — le mouvement aléatoire des atomes thermiquement énergétiques — de sorte que tout mouvement des particules serait dû à la conception expérimentale. Ils ont d’abord montré que leur suspension pouvait se souvenir de la direction dans laquelle elle était agitée, et si elle était balancée d’avant en arrière, la suspension de particules se souvenait de la vigueur avec laquelle elle était balancée — l’amplitude.
« Chacune de ces mémoires avait été étudiée séparément », explique Padamata. « Donc, dans nos nouvelles expériences, nous avons d’abord agité le mélange, imprimant une mémoire de direction, puis nous l’avons balancé d’avant en arrière à différentes intensités pour voir comment les mémoires interagissent. »
L’équipe a découvert qu’à des intensités de balancement plus faibles, le mélange conservait la mémoire de la direction de l’agitation en plus de la mémoire de l’amplitude — les deux mémoires peuvent en fait occuper le même matériau en même temps. Mais à mesure que le balancement s’intensifiait, la mémoire de la direction s’affaiblissait et finissait par être effacée.
« À un certain seuil d’intensité, le balancement efface complètement toute mémoire de direction dans la suspension, la ramenant à un état parfaitement symétrique, mais au-delà de ce seuil, le balancement lui-même commence à écrire une nouvelle mémoire directionnelle », déclare Padamata. « Nous nous intéressons à la façon dont ce modèle peut éclairer la mémoire biologique et, potentiellement, les processus géophysiques également. Les changements de température et les vibrations pourraient par exemple conférer des mémoires dans la roche qui influencent le risque de tremblements de terre et de dolines. Il pourrait être possible de trouver un moyen d’effacer ces mémoires et de réduire le risque ou de créer de meilleurs modèles prédictifs. »
Les chercheurs suggèrent que la compétition entre les mémoires pourrait se produire lorsque les rencontres entre particules deviennent trop nombreuses — alors que pour des mouvements de balancement plus faibles, ces rencontres peuvent être rares. Cependant, ce détail pourrait être spécifique aux particules en suspension dans un liquide et dépend du rapport particules/liquide. Des phénomènes de mémoire similaires ont été observés dans des matériaux solides, où les particules voisines sont toujours en contact.
« Une combinaison similaire de mémoire directionnelle et de mémoire d’amplitude apparaît dans les verres mous et les empilements granulaires avec une physique microscopique très différente », a déclaré Nathan Keim, professeur associé de physique à Penn State et chef de l’équipe de recherche. « Cela suggère qu’il pourrait y avoir un principe général expliquant comment la matière désordonnée se comporte dans des conditions simples comme l’agitation ou le balancement et pourquoi elle a une capacité de mémoire limitée. »
Article : Memories of Amplitude and Direction Coexist and Compete in Non-Brownian Suspensions – Journal : Physical Review Letters – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : Penn State
