Quand les matériaux cèdent : comment la chaleur et le hasard influencent fissures et adhésion.

Pourquoi certains matériaux tiennent bon alors que d’autres se fissurent ou se décollent soudainement ? Cette question en apparence simple cache une physique bien plus subtile, où la chaleur et le désordre jouent souvent les premiers rôles.

Deux études scientifiques récentes apportent un éclairage nouveau sur ce phénomène en montrant que les fluctuations thermiques — ces infimes mouvements aléatoires des atomes provoqués par la température — peuvent avoir une influence décisive sur la solidité des matériaux. Ces travaux ont été réalisés dans le cadre de la thèse de doctorat de Claudia Binetti, dirigée par Stefano Giordano à l’IEMN, et par Giuseppe Puglisi (DICATECh, Bari) et Nicola M. Pugno (Dicam, Trento) du côté italien.
La première étude s’intéresse à l’adhésion — cette force discrète qui permet aux surfaces de rester collées. Un gecko qui marche au plafond, un post-it qui tient sur un mur : derrière ces gestes anodins se cache un phénomène complexe. Les chercheurs ont développé un modèle mathématique qui relie les forces microscopiques entre molécules au comportement global du matériau. Et ils ont découvert qu’un simple changement de température pouvait provoquer un décrochage brutal de l’adhésion, comme une colle qui ne fonctionne plus lorsqu’il fait chaud.
La deuxième étude explore les fractures — la manière dont les fissures naissent et se propagent. Contrairement à ce que l’on croit, les matériaux ne cassent pas seulement sous une forte contrainte. Des vibrations thermiques apparemment inoffensives peuvent suffire à déclencher une fissure, qui ensuite se développe de façon inattendue, sous l’effet du hasard.

Ce qui relie ces deux travaux, c’est une approche multi-échelle : une méthode théorique qui relie l’univers chaotique des atomes aux propriétés visibles des matériaux réels. Dans les deux cas, les chercheurs ont mis en évidence des transitions de phase — des changements soudains d’un état à un autre (comme passer de collé à décollé, ou d’intact à fissuré), provoqués non seulement par la force, mais aussi par le désordre thermique. Ces transitions expliquent comment un matériau peut changer brutalement de comportement, même dans des conditions apparemment calmes.

Cette compréhension plus fine ne sert pas qu’à expliquer les défaillances : elle permet d’envisager des matériaux plus fiables et mieux conçus.