Une Découverte Physique Majeure Explique le Grincement des Baskets et Ses Vastes Implications

France - Agence de presse Ekhbary

Une Découverte Physique Majeure Explique le Grincement des Baskets et Ses Vastes Implications

Le grincement distinctif des baskets sur un terrain de basketball est un son instantanément reconnaissable, une partie presque inévitable du jeu traditionnellement attribuée à la physique du frottement. Pourtant, malgré l'omniprésence de bruits aigus similaires – des pneus qui crissent aux freins de vélo vieillissants et aux essuie-glaces – étonnamment peu de recherches approfondies ont exploré la dynamique détaillée des surfaces grinçantes. Aujourd'hui, une étude internationale pionnière a apporté des éclaircissements cruciaux, jetant une nouvelle lumière sur ce phénomène quotidien et révélant des frontières scientifiques inattendues.

Publiée récemment dans la prestigieuse revue Nature, l'étude remet en question les théories de longue date sur le frottement par adhérence-glissement (stick-slip friction), le processus censé générer ces sons par des cycles réguliers de deux objets adhérant et se déplaçant l'un par rapport à l'autre. S'il était admis que ce phénomène jouait un rôle, l'explication n'était pas suffisamment exhaustive pour englober tous les facteurs influents. Cette lacune dans la compréhension a incité une équipe de recherche internationale, comprenant des scientifiques de l'Université Harvard et de l'Université de Nottingham, à entreprendre un examen détaillé des relations physiques complexes sous-jacentes au grincement.

Le projet a débuté par une question simple et directe : « Pourquoi les chaussures de basketball grincent-elles ? », a déclaré Adel Djellouli, co-auteur de l'étude et scientifique des matériaux à la Harvard's School of Engineering and Applied Sciences (SEAS). Pour y répondre, l'équipe de Djellouli a non seulement exploité une technologie de pointe, mais s'est également inspirée de Léonard de Vinci, le polymathe du XVe siècle, célèbre pour avoir conçu un appareil incliné pour faciliter ses expériences sur la physique du frottement. S'appuyant sur plus de 500 ans de recherche sur le frottement, l'équipe a utilisé l'imagerie par réflexion interne ainsi que des caméras capables d'enregistrer à un million d'images par seconde pour documenter les points de contact changeants entre les semelles de baskets en caoutchouc et une surface en verre. Simultanément, des outils délicats ont mesuré précisément le son produit lors de chaque petit grincement.

Les résultats ont été surprenants, contredisant les théories établies concernant les événements d'adhérence-glissement. Au lieu de se produire de manière aléatoire, les fréquences sonores du grincement se sont avérées être déterminées par le taux de répétition des impulsions de propagation. Cette vitesse de répétition, à son tour, est dictée par la rigidité et l'épaisseur du caoutchouc de la basket. Des expériences supplémentaires utilisant des blocs de caoutchouc à faces plates sur du verre ont également révélé des impulsions sonores beaucoup plus complexes et irrégulières, ressemblant à des bruits de frottement plus larges, prouvant ainsi que la géométrie de surface est un facteur majeur dans la manière dont le frottement génère des grincements. « Nous avons été surpris que de minuscules caractéristiques de surface puissent réorganiser si fortement le mouvement de frottement », a ajouté Gabriele Albertini, co-auteur de l'étude et scientifique des matériaux à l'Université de Nottingham. « Ces résultats remettent en question l'hypothèse selon laquelle le frottement peut être entièrement capturé par des modèles unidimensionnels simplifiés. »

Djellouli, Albertini et leurs collègues ont finalement développé une compréhension si profonde de ces relations qu'ils ont pu agencer des blocs de caoutchouc à différentes hauteurs et jouer manuellement le thème de Dark Vador de Star Wars. Par coïncidence, l'équipe a découvert une autre conséquence fascinante du frottement rappelant une galaxie lointaine, très lointaine : occasionnellement, les impulsions de glissement créaient des décharges triboélectriques, essentiellement de minuscules instances de « force éclair ».

Au-delà de l'ingénierie de baskets plus silencieuses, ces nouvelles découvertes sont sur le point de faire progresser de manière significative certains des matériaux d'ingénierie les plus sophistiqués au monde. « Le réglage du comportement de frottement à la volée a été un rêve d'ingénierie de longue date », a expliqué Katia Bertoldi, scientifique des matériaux au SEAS et co-auteur. « Cette nouvelle perspicacité sur la façon dont la géométrie de surface régit les impulsions de glissement ouvre la voie à des métamatériaux frictionnels accordables qui peuvent passer d'états de faible frottement à des états de forte adhérence sur demande. » Cette capacité pourrait révolutionner les domaines nécessitant un contrôle précis des interactions de surface, de la robotique à la fabrication avancée.

Les ramifications de cette recherche s'étendent également à des phénomènes géologiques beaucoup plus vastes. La même physique observée dans ces impulsions de glissement se reflète lors des tremblements de terre, où les failles tectoniques produisent des ruptures à grande vitesse qui peuvent parfois se propager plus vite que la vitesse du son. « Ces résultats relient deux domaines traditionnellement déconnectés : la tribologie des matériaux souples et la dynamique des tremblements de terre », a déclaré le physicien Shmuel Rubinstein. « Le frottement doux est généralement considéré comme lent, pourtant nous montrons que le grincement d'une basket peut se propager aussi vite, voire plus vite, que la rupture d'une faille géologique, et que leur physique est étonnamment similaire. » Cette découverte représente un bond significatif dans notre compréhension du monde physique, promettant des applications pratiques étendues allant des produits quotidiens aux immenses événements géologiques.

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