Aller au contenu principal
Des expériences impliquant des gels élastiques ont montré que les fissures s’y propageaient à des vitesses supérieures à celles du son et des ondes de cisaillement, défiant les lois de la physique classique.
Fissuration supersonique
Dans le cadre de ces travaux publiés dans la revue Science, Jay Fineberg et ses collègues de l’université hébraïque de Jérusalem ont utilisé des caméras rapides à haute résolution pour enregistrer la propagation des fissures à travers de minces échantillons de gels poreux couramment utilisés pour les analyses moléculaires.
Un motif en grille a été gravé à la surface de chaque échantillon afin de mieux visualiser l’emplacement des fissures, et une encoche peu profonde pratiquée à l’endroit où ils souhaitaient que le gel commence à se fracturer (constituant la « pointe » de la fissure) lorsqu’il était étiré.
L’étude du développement de ces fissures a révélé que ces dernières se propageaient depuis la pointe à une vitesse inattendue dans de nombreux échantillons, jusqu’à 30 % supérieure à celle du son. De façon plus surprenante, des fissurations supersoniques ont également été observées en l’absence d’entailles préalables dans les matériaux.
« Jusqu’à présent, les études théoriques et expérimentales menées suggéraient que les fissures ne pouvaient se propager à une vitesse supérieure à celle du son, qui reflète celle à laquelle l’énergie mécanique peut se déplacer d’une partie du matériau à une autre », souligne Fineberg. « Les équations généralement utilisées pour prédire le comportement des fissures renvoient des valeurs d’énergie physiquement impossibles lorsque des vitesses de fissuration supérieures à celle du son sont prises en compte. »
Des gels présentant une résistance à l’étirement
Selon Alain Karma, de la Northeastern University, cette incompatibilité apparente serait liée à la capacité des gels à résister à l’étirement au niveau de la pointe de la fissure, quand la relation entre la force les étirant et leur allongement s’avère simple et prévisible pour les objets extensibles courants tels que les ressorts.
« Aucune théorie ne décrit vraiment comment une fissure se propage à très grande vitesse dans ce type de milieu élastique », estime-t-il.
Résoudre cette énigme pourrait contribuer à mieux comprendre les mécanismes à l’origine de violents séismes, et potentiellement mieux les anticiper. Les auteurs de la nouvelle étude prévoient prochainement d’étendre leurs expériences à d’autres types de matériaux.