Passer de la ride au pli

1er décembre 2011

Des physiciens viennent d’analyser le comportement d’une membrane recouvrant un matériau élastique lorsque celle-ci est comprimée dans deux directions à la fois. Après l’apparition de rides, il se forme un réseau de plis ayant de fortes ressemblances avec les réseaux de craquelures qui apparaissent lorsqu’une surface est mise sous tension.


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Dans de nombreux systèmes technologiques ou biologiques, une peau ou un revêtement recouvre une matière qui peut être amenée à se contracter. Il s’agit de revêtements protecteurs, de traitements optiques, ou, pour visualiser le phénomène, d’une tomate qui se dessèche au soleil. Progressivement, des rides régulièrement espacées apparaissent sur la peau. Ces ondulations de surface sont le résultat de la compression graduelle de la peau par le tissu sous-jacent dont le volume se réduit. L’espacement des rides est un équilibre subtil entre l’énergie de courbure de la peau qui se ride et l’énergie d’étirement de la pulpe qui la suit dans son mouvement et qui résiste à la déformation. Cela peut s’arrêter là. Mais si les déformations continuent, les rides elles-mêmes peuvent se déstabiliser vers une nouvelle phase morphologique que l’on nomme des plis. C’est ce phénomène qu’un physicien du Laboratoire Charles Coulomb (CNRS / Univ. Montpellier 2) et ses deux collaborateurs de Princeton ont analysé. Alors que les précédentes études de ce phénomène se limitaient à des compressions selon un seul axe, les chercheurs ont analysé dans ce travail l’effet d’une compression selon deux directions. Leurs résultats ont fait l’objet d’une publication dans la revue Nature Materials.

Ces chercheurs ont pu étudier la transition rides-plis sur un système polymère en couche modèle : un substrat de polymère de 20 micromètres d’épaisseur recouvert d’une fine couche d’élastomère. Ils ont ensuite soumis cette surface à une décharge corona, c’est-à-dire à un plasma dont le double effet est de rigidifier la surface et de la faire se dilater. Cette dilatation de la croute induit alors des contraintes avec le substrat et la formation de plis. Ces plis forment au cours du temps un réseau réticulé pour de suffisamment grandes compressions de la surface. Cette transition rides-plis représente un nouveau processus de division de la surface en compression, analogue à ce que l’on peut observer sur une surface craquelée qui se trouve, elle, en tension comme lors du séchage d’une boue. Ces travaux ouvrent la voie pour la compréhension des phénomènes de localisation de la déformation en élasticité de compression. Ces phénomènes interviennent dans de nombreux systèmes en couches, que ce soit durant la déformation et le plissement des strates géologiques ou la formation de la nervation des feuilles durant la morphogenèse des plantes.

En savoir plus

Hierarchical folding of elastic membranes under biaxial compressive stress, Pilnam Kim¹, Manouk Abkarian² et Howard A. Stone¹, Nature Materials, (2011).