Imaginez-vous à une traversée piétonne animée. Lorsque la lumière est rouge, tout le monde attend – jusqu'à ce qu'une personne commence à traverser. Bientôt, d'autres suivent, et finalement tout le monde suit la foule et traverse. Les physiciens d'Amsterdam ont découvert qu'un processus très similaire se produit au niveau microscopique, lorsque deux surfaces touchantes commencent à glisser. Leurs résultats ont été publiés dans Lettres d'examen physique cette semaine.
Dans leur expérience, Liang Peng, Thibault Roch, Daniel Bonn et Bart Weber ont pressé une surface lisse en silicium contre une surface rugueuse. Les chercheurs, de l'Université d'Amsterdam et du Centre de recherche avancé pour la nanolithographie, ont ensuite exploré comment la friction s'est comportée lorsque la force avec laquelle les deux surfaces sont appuyées ensemble était variée. Est-il de plus en plus difficile de glisser les deux surfaces les uns sur les autres quand on presse plus fort? Et, surtout: pourquoi?
Comprendre le pourquoi
Il s'est avéré que la quantité de frottement dépend d'un processus sous-jacent très intéressant. À faible force appliquée, un seul petit point de contact – une soi-disant « aspérité » – porte la charge, et elle doit être poussée fort avant qu'elle ne glisse. Cependant, à mesure que la force perpendiculaire à l'interface augmente, de nombreuses aspérités entrent en contact. L'équipe a découvert que dans cette situation, une fois que quelques aspérités commencent à glisser, d'autres sont déclenchées pour suivre – tout comme les premiers piétons audacieux incitent une foule à traverser.
En conséquence, et peut-être contre-intuitivement, la surface commence à glisser plus facilement, et la résistance relative au mouvement – le soi-disant coefficient de frottement statique – en déclin. En utilisant un modèle mathématique simple pour soutenir leurs expériences, les chercheurs ont pu montrer que le comportement semblable à la foule des aspérités explique pourquoi la friction statique s'affaiblit à des charges plus élevées.
Des semi-conducteurs aux tremblements de terre
Les résultats ont des applications à petite et grande échelle. À petites échelles, dans l'industrie des semi-conducteurs, la construction de dispositifs électroniques nécessite souvent de serrer les surfaces incurvées à une table plate. Il en résulte une interface qui est juste à la limite du glissement et non de la glissement. La nouvelle recherche explique comment l'apparition du glissement est influencée par l'échelle du contact, qui est important de savoir lors de la construction de dispositifs avec précision en utilisant toutes sortes de matériaux.
À des échelles plus grandes, les tremblements de terre sont le résultat du début de glissement entre les sections de la croûte terrestre. Comprendre comment ce glissement commence et quels effets deviennent importants lorsque les interfaces deviennent plus grandes, peut soutenir notre compréhension de la façon dont les tremblements de terre se produisent et peuvent aider à les prédire à l'avenir.
