Accueil du site > Vie de la recherche > Actualités scientifiques > Actualités 2014




Recherchez sur ce site


La fracture du yaourt

21 août 2014

LP ENS Lyon - UMR 5672

Les gels de protéine mous comme le yaourt se fracturent et se rompent par des mécanismes semblables à ceux qui sont à l’œuvre dans des solides tels que le verre.

GIF - 2.3 ko
Télécharger le PDF

Les matériaux solides mous tels que les émulsions, les mousses ou les gels colloïdaux se réparent spontanément lorsqu’ils ont été fracturés par une déformation. Une phase de repos ou un léger brassage permet de former de nouvelles connexions qui remplacent celles qui avaient été brisées. Ce n’est pas le cas des polymères d’origine biologique composés de polysaccharides ou de protéines. Formant des gels à la structure poreuse gorgée d’eau, ces biogels, responsables des propriétés élastiques de certaines cellules ou de la texture de nombreux aliments, se fracturent puis cassent définitivement lorsqu’ils sont soumis à une contrainte. Des physiciens du Laboratoire de Physique de l’ENS Lyon (CNRS/ENS Lyon) en collaboration avec le Centre de Recherche Paul Pascal (CNRS/Univ. Bordeaux) viennent de réaliser la première description détaillée du scénario de ces fractures. Sous l’effet d’une force extérieure constante, une déformation intervient, de plus en plus lente avec le temps, suivie de l’apparition puis de la croissance explosive de fractures. Ce scénario est de manière surprenante analogue à la fracture des solides dits « fragiles » tels que le verre ou certains métaux. Ce travail qui ouvre de nouvelles perspectives quant à la description de ces gels en terme de réseaux de fibres modèles a été publié dans la revue Physical Review Letters.

Les biogels utilisés par les physiciens ont une structure très proche de celles des yaourts : l’agrégation de micelles de protéines de la famille des caséines. L’acidification progressive d’une solution de caséinate de sodium conduit à l’agrégation des protéines et à la formation d’un gel. Les chercheurs soumettent alors un de ces "yaourts" fraîchement préparé et non brassé à une contrainte de cisaillement constante. La déformation intervient alors, de plus en plus lente avec le temps selon une loi de puissance. Ce régime, dit de "fluage primaire", jusqu’alors inexpliqué pour les matériaux amorphes, a pu être relié dans ce cas précis à la déformation essentiellement élastique du réseau. Ce fluage est suivi par le développement de fractures régulièrement espacées qui poussent perpendiculairement à la direction du cisaillement avant que le gel ne cède et ne soit alors rapidement brassé. L’expérience répétée pour des contraintes d’intensités différentes, à chaque fois sur un nouvel échantillon, montre que la durée de vie des gels décroît en loi de puissance de la contrainte imposée. Ce résultat remarquable, connu dans les métaux, les solides amorphes ou les matériaux composites sous le nom de loi Basquin, suggère que la rupture des gels de protéines et celle d’autres matériaux fragiles beaucoup plus durs sont en fait très similaires. Au-delà de leur impact sur la description du comportement mécanique des biogels, ces résultats font des gels de protéines globulaires un système modèle d’étude de la rupture fragile de matériaux amorphes, des tissus biologiques jusqu’aux plaques tectoniques, elles aussi cédant brutalement après avoir été soumises à des contraintes sur de longues durées.

PNG - 59.7 ko
Visualisation optique de fractures dans un gel de caséine confiné entre deux cylindres concentriques et soumis à une contrainte de cisaillement constante (à droite) et champ de déplacement correspondant (en microns) mesuré par vélocimètrie ultrasonore dans une tranche verticale du gel (les échelles sont en millimètres).

En savoir plus

Creep and fracture of a protein gel under stress
M. Leocmach1, C. Perge1, T. Divoux2, et S. Manneville1, Physical Review Letters 113, 038303 (2014)

  • Retrouvez la publication sur la base d’archives ouvertes arXiv

Contact chercheur

Sébastien Manneville, professeur à l’École Normale Supérieure de Lyon

Informations complémentaires

1 Laboratoire de Physique de l’ENS de Lyon (LP ENS Lyon)
2 Centre de Recherche Paul Pascal (CRPP)

Contacts INP

Jean-Michel Courty,
Catherine Dematteis,
Simon Jumel,
inp.com cnrs.fr