Une équipe de chercheurs dirigée par un étudiant diplômé en physique de l’université du Massachusetts Amherst a récemment fait la découverte surprenante de ce qu’ils appellent un « liquide à récupération de forme », qui défie certaines attentes de longue date dérivées des lois de la thermodynamique.
La recherche, publiée dans Nature Physics, décrit un mélange d’huile, d’eau et de particules magnétisées qui, lorsqu’il est secoué, se sépare toujours rapidement en ce qui ressemble aux lignes classiquement incurvées d’une urne grecque.
« Imaginez votre vinaigrette italienne préférée », indique Thomas Russell, professeur émérite Silvio O. Conte en sciences et ingénierie des polymères à UMass Amherst et l’un des principaux auteurs de l’article. « Elle est composée d’huile, d’eau et d’épices, et avant de la verser sur votre salade, vous la secouez pour que tous les ingrédients se mélangent ». Ce sont ces épices, ces petits morceaux d’autre chose, qui permettent à l’eau et à l’huile, qui s’excluent normalement l’une l’autre, de se mélanger, un processus appelé émulsification et décrit par les lois de la thermodynamique.
L’émulsification est à la base d’une vaste gamme de technologies et d’applications qui vont bien au-delà des condiments. Un jour, Anthony Raykh, étudiant diplômé de l’UMass Amherst, était au laboratoire pour mélanger un lot de cette « vinaigrette » scientifique et voir ce qu’il pouvait créer. Il a préparé son mélange, l’a secoué – « et, à sa grande surprise, le mélange a formé cette magnifique forme d’urne immaculée ». Peu importe le nombre de fois ou la force de l’agitation, la forme de l’urne revenait toujours.
Je me suis dit : « Qu’est-ce que c’est que cette chose ? J’ai donc parcouru les couloirs du département de science et d’ingénierie des polymères, frappant à la porte de mes professeurs, leur demandant s’ils savaient ce qui se passait », poursuit Raykh. Personne n’était au courant. Mais l’idée a attiré l’attention de Russell et de David Hoagland, professeur de science et d’ingénierie des polymères à l’UMass Amherst, autre auteur principal de l’article et spécialiste des matériaux mous.
L’équipe a mené des expériences et a fait appel à des collègues des universités de Tufts et de Syracuse pour réaliser des simulations. Ensemble, ils ont déterminé que le magnétisme, un magnétisme fort, expliquait le phénomène inexplicable découvert par Raykh.
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Lorsque l’on examine de très près les nanoparticules individuelles de nickel magnétisé qui forment la frontière entre l’eau et le pétrole », explique M. Hoagland, “on peut obtenir des informations extrêmement détaillées sur la manière dont les différentes formes s’assemblent”. Dans ce cas, les particules sont suffisamment magnétisées pour que leur assemblage interfère avec le processus d’émulsification, que les lois de la thermodynamique décrivent ».
En règle générale, les particules ajoutées à un mélange d’huile et d’eau diminuent la tension à l’interface entre les deux liquides, ce qui leur permet de se mélanger. Cependant, les particules qui sont magnétisées suffisamment fortement augmentent en fait la tension interfaciale, courbant la frontière entre l’huile et l’eau en une courbe gracieuse.
« Lorsque vous observez quelque chose qui ne devrait pas être possible, vous devez enquêter », conclut M. Russell.
Bien qu’il n’y ait pas encore d’application pour sa nouvelle découverte, Raykh est impatient de voir comment cet état inédit peut influencer le domaine de la physique de la matière molle.
Source : UMASS
