Le grincement familier des semelles en caoutchouc sur un sol dur n’est pas seulement dû à une friction au travail : de nouvelles recherches révèlent qu’il s’agit d’un phénomène étonnamment complexe impliquant des mouvements incroyablement rapides et même de minuscules décharges électriques. Publiée dans Nature le 25 février, l’étude menée par des chercheurs de Harvard, Nottingham et du Centre national de la recherche scientifique suggère que les matériaux souples comme le caoutchouc ne glissent pas facilement. Au lieu de cela, le mouvement se produit par rafales rapides et répétitives appelées « impulsions de glissement d’ouverture », qui génèrent les vibrations que nous entendons sous forme de grincements.
Au-delà du stick-slip : comment le caoutchouc se déplace réellement
Les modèles traditionnels de friction s’appuient souvent sur le concept du « stick-slip » : les surfaces s’accrochent et se détachent à plusieurs reprises. Cela explique assez bien les grincements des freins de vélo ou des charnières de porte. Cependant, le caoutchouc se comporte différemment. Au lieu d’un glissement uniforme, le mouvement se concentre en impulsions localisées qui se détachent et se rattachent à travers la zone de contact. Cela ne produit pas seulement du bruit ; cela crée également des conditions dans lesquelles des étincelles miniatures, semblables à des éclairs, peuvent apparaître.
L’équipe a utilisé l’imagerie optique à grande vitesse et l’audio synchronisé pour observer cela en action, constatant que la forme du caoutchouc, et pas seulement son mouvement, dicte la hauteur du grincement. Les blocs de caoutchouc plats produisent un « whoosh » irrégulier, tandis que les crêtes canalisent les impulsions dans un cycle répétitif, verrouillant le son dans une fréquence spécifique. En fait, les chercheurs ont pu jouer le thème Star Wars en utilisant des blocs de différentes hauteurs, prouvant avec quelle précision la fréquence des grincements peut être contrôlée.
Le lien surprenant avec les tremblements de terre
Il ne s’agit pas seulement d’améliorer la conception des chaussures. Les impulsions de glissement observées dans les expériences partagent des caractéristiques clés avec les fronts de rupture lors des tremblements de terre, où des sections d’une faille se brisent soudainement et glissent à des vitesses extrêmes. Selon le co-auteur de l’étude Shmuel Rubinstein, les phénomènes physiques sont « étonnamment similaires », bien que le frottement doux soit généralement considéré comme lent. Cette découverte pourrait améliorer notre compréhension de la dynamique des tremblements de terre.
« Les frottements doux sont généralement considérés comme lents, mais nous montrons que le grincement d’une sneaker peut se propager aussi vite, voire plus vite, que la rupture d’une faille géologique. »
Implications pour l’ingénierie et la science des matériaux
La recherche ouvre également la porte à la conception de surfaces capables de basculer entre des états glissants et adhérents à la demande. Comprendre le fonctionnement de ces impulsions de glissement pourrait conduire à des matériaux dotés de coefficients de frottement réglables de manière dynamique. L’analyse détaillée de la friction à l’échelle microscopique réalisée par l’équipe permet de mieux comprendre la manière dont les matériaux interagissent, ce qui a des implications au-delà des produits de consommation.
Les résultats démontrent que des phénomènes apparemment simples, comme une chaussure qui grince, peuvent révéler une physique fondamentale aux implications considérables. L’étude remet en question les hypothèses de longue date sur le frottement des matériaux mous et pourrait remodeler notre compréhension des événements quotidiens et des événements géologiques à grande échelle.
