Au début des années 2000, les physiciens ont fabriqué des « super-objectifs » capables de discerner des détails jusqu’à 20 fois plus petits qu’un objectif ordinaire. L’astuce consiste à créer des structures nanométriques à la surface du matériau qui interagissent avec la lumière d’une manière particulière. Cet appareil est un exemple de ce que nous appelons des « métamatériaux ». Ces dernières, selon la configuration adoptée, peuvent manipuler des ondes électromagnétiques, des ondes acoustiques, etc. En s’appuyant sur des structures et non sur les propriétés intrinsèques de leurs constituants, les métamatériaux sont dotés de comportements normalement impossibles. La plupart sont des solides, car c’est le moyen le plus simple de fabriquer et de contrôler la géométrie d’une structure. Cependant, pour certaines applications, par exemple dans des systèmes impliquant des écoulements ou devant s’adapter à la forme du contenant, il serait intéressant de concevoir des métamatériaux « fluides ». Depuis une quinzaine d’années, des exemples de tels « métafluides » sont proposés. Récemment, Adel Djellouli, diplômé de l’Université Grenoble-Alpes et aujourd’hui de l’Université Harvard, aux États-Unis, et ses collègues ont développé un système relativement simple, mais au comportement complexe.
Les chercheurs ont utilisé de l’huile de silicone, un liquide incompressible (dont le volume ne change pas lorsque la pression augmente), dans laquelle ils ont suspendu des billes sphériques en caoutchouc. Ceux-ci sont remplis d’air et ont un diamètre qui peut varier de 50 micromètres à 2 centimètres. Lorsque les physiciens augmentent la pression dans le fluide, à partir d’un certain seuil, les sphères s’effondrent et prennent une forme concave. L’équipe a caractérisé le comportement du système, notamment son volume en fonction de la pression. Elle a constaté que lorsque la pression augmente, l’évolution du système passe par un plateau car toutes les billes ne se compriment pas en même temps : lorsqu’une bille s’écrase, la pression globale chute légèrement et il faut un surplus de pression pour qu’une autre bille s’aplatisse. , et ainsi de suite. La longueur de la plaque peut être ajustée simplement en augmentant le nombre de sphères dans le fluide. A l’inverse, à partir de la situation où toutes les billes sont écrasées, lorsque la pression est réduite, l’évolution du système suit un « chemin » différent de celui lorsque la pression était mise sous pression. C’est ce qu’on appelle le « comportement d’hystérésis » ou la « mémoire ». Les billes reprennent leur forme sphérique initiale en traversant une plaque plus petite, effaçant ainsi la mémoire du fluide.
Ce système présente de nombreux comportements intéressants. « Lorsque les capsules sont sphériques, le métafluide se comporte comme un fluide newtonien », explique Adel Djellouli. Cela signifie que sa viscosité ne change qu’en réponse à la température. Cependant, lorsque les capsules sont écrasées, la suspension se transforme en un fluide non newtonien, ce qui signifie que sa viscosité change en réponse à une force de cisaillement : plus la force de cisaillement est grande, plus le liquide devient fluide (comme la peinture). . C’est le premier fluide capable de passer d’un état à un autre. »
D’un point de vue optique, le comportement change également si l’on utilise des billes dont le diamètre est de l’ordre de la centaine de micromètres. Ces billes sphériques diffusent la lumière dans toutes les directions, rendant le fluide opaque, comme un verre de lait. Mais lorsque les billes se déforment, la diffusion est moins importante et le fluide devient transparent.
Enfin, Adel Djellouli et ses collègues ont démontré la nature programmable du liquide en chargeant le métafluide dans une pince robotisée hydraulique et en lui faisant saisir une bouteille en verre, un œuf et une myrtille. Dans un système hydraulique traditionnel alimenté simplement par de l’air ou de l’eau, le robot aurait besoin d’un système de détection ou de contrôle externe pour pouvoir ajuster sa prise et ramasser les trois objets sans les écraser. « Avec le métafluide, aucune détection n’est nécessaire », souligne Adel Djellouli. Le liquide lui-même répond à différentes pressions, modifiant sa flexibilité pour ajuster la force de la pince afin de soulever n’importe quel objet, sans aucun contrôle externe. »
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