La physique des pâtes
Philippe COUSSOT
1h19min57
- Génie et activités connexes
On a l'habitude de classer la matière en solides, liquides ou gaz. Il existe cependant une classe de matériaux, les pâtes, dont le comportement mécanique et plus généralement les caractéristiques physiques sont en quelque sorte intermédiaires entre celles des liquides et des solides. Cette classe comprend des matériaux très divers : purées, compotes, sauces, yaourt, mousses, crèmes, gels, peintures, vernis, boues, ciment, colles, etc ; mais qui ont au moins un point commun : dans tous les cas il s'agit de fluides coincés, qui ne deviennent liquides que lorsqu'on leur fournit une énergie suffisante, et restent (ou redeviennent) solides si l'énergie fournie est trop faible. Cette propriété est ce qui fait l'intérêt principal de ces matériaux lors de leur utilisation (la mousse à raser reste sur le visage, bien avant de sécher la peinture appliquée sur un mur vertical ne coule plus, la boue argileuse conserve la forme qu'on lui a donnée en vue d'en faire une poterie, etc). En y regardant de plus près on se rend compte que cette transition solide-liquide se produit de manière relativement abrupte : une pâte n'est pas capable de couler à une vitesse modérée en régime permanent : soit elle coule vite, soit elle s'arrête. Ce phénomène conduit à une coexistence des phases liquide et solide dans la plupart des situations d'écoulement, et parfois à des évolutions catastrophiques. En outre des instabilités hydrodynamiques particulières (à vitesse nulle !) se développent avec ce type de matériaux : digitation lors de l'écartement de deux surfaces solides séparées par une fine couche de fluide ; goutte-à-goutte du ketchup ou de la mayonnaise sortant du tube ; compression simple (comme une éponge) ou craquelures lors du séchage ; vieillissement réversible au repos. Ces matériaux fascinants et complexes constituent un champ de recherche encore très ouvert. Une thermodynamique spécifique adaptée à ces fluides coincés peut elle être développée ? Quelles sont les origines microscopiques des comportements observés ? La réponse à ces questions fournira un cadre solide pour la formulation de matériaux industriels innovants (plus légers, plus robustes, contenant moins de produits nocifs, etc).
