19.11.20

Les folles danses de la matière molle

En réussissant à produire dans un banal ruban de matière molle (silicone) des phénomènes ondulatoires complexes et inattendus (ondes de Dirac), des physiciens français (Escpi/Cnrs) font surgir de nouvelles questions et perspectives.  Avons-nous bien compris comment vibrent certains matériaux ? Ne serait-ce que les tapis cellulaires de nos oreilles ?

Image © Maxime Lanoy et Fabrice Lemoult

Il faudra lui trouver un nom. Le nom d’une danse consistant à gigoter à la fois sur place et en sens parfaitement contraires, vers l’arrière et vers l’avant en même temps, et donc des vitesses opposées !

Ce comportement jusque-là inconnu de la « matière molle » a été mis en évidence par une expérience des chercheurs de l’Institut Langevin de Paris (Ondes et Images, unité mixte Cnrs/Espci) et dont les résultats sont publiés le 18 novembre 2020 par les PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) (2).

Plus précisément, le travail des physiciens parisiens porte sur des ondes centimétriques (100 Hz) se propageant au sein d’un élastomère étroit (3cm) et très mince (3mm), et y engendrant (entre autres) de prometteuses « ondes de Dirac ».




Voici la très abondante et parfaitement ordinaire famille des objets mous (incompressibles et déformables) propulsée au rang d’insolites objets vibrants, se prêtant à des singularités passionnantes par leurs conséquences. D’étranges phénomènes mis au jour par des méthodes et des représentations transposées depuis l’univers infiniment plus minuscule du monde atomique et des « cônes de Dirac » électronique. 

De prometteuses perspectives se dessinent :  les tissus vivants, ceux de nos oreilles, cordes vocales, ou myocarde constituent ainsi des objets mous susceptibles de danser « autrement ». Une autre compréhension du comportement d’objets qui nous entourent au quotidien est proposée. 

Graphène et « cônes agitateurs »

Le départ de cette course vers les nouvelles possibilités vibratoires dans la matière fut donné à une toute autre échelle, lors de travaux portant sur l’électronique du graphène. La version mince et plane du graphite et ses curieuses propriétés topologiques (prix Nobel de physique 2010 et 2016) permirent la mise au jour de phénomènes électroniques inattendus.

Les valeurs d’énergie que peuvent prendre les électrons dans un milieu solide sont en physique figurées par des alternances de niveaux, des bandes dites « possibles » ou « interdites » aux particules. Les bandes « possibles » pouvant par ailleurs correspondre à deux comportements très différents des électrons : le mode valence, consacré à la liaison entre atomes de la molécule, ou le mode conduction (liberté pour des interactions, comme la propagation d’un signal cherchant à traverser le milieu). Ceci détermine par exemple le comportement électrique du matériau, conducteur ou isolant. 

Le graphène offre aux électrons une possibilité tout à fait exceptionnelle : il les autorise, par endroits (nommés « points de Dirac »), à « sauter » avec facilité une bande interdite. C’est comme si le matériau, au lieu d’imposer de façon homogène des comportements définitifs aux ondes/particules, leur proposait au sein d’un paysage vallonné, des points de passage.

 Dans le domaine des interactions onde-matière, cela entraîne des cascades d’effets remarquables. Les électrons du graphène, multi-disponibles, se comportent ainsi comme s’ils se trouvaient démunis de masse. Ouvrant la voie à des propriétés aussi prometteuses que « l’effet Hall quantique », à température ambiante. On évoque volontiers une « nouvelle électronique » en gestation.

Des ondes de Dirac dans tous les matériaux ?

La richesse conceptuelle et expérimentale des « cônes de Dirac », la façon dont leur découverte a bouleversé tout un champ de recherches a généré une excitation intellectuelle qui a essaimé vers d’autres domaines.

Le mouvement des électrons est décrit par l’équation de Schrödinger. La propagation des ondes classiques (photons, phonons) est gouvernée par celle de d’Alembert. Or ces deux équations sont cousines, fort semblables. Pourrait-on s’appuyer sur cette identité pour envisager d’autres tandems ondes/particules-matériau ?

Des travaux sur les photons (ondes optiques) mirent d’ailleurs en œuvre, avec succès, des cristaux photoniques comportant des inclusions de pistes de cuivre. Une autre piste conduit vers l’échelle macroscopique : les ondes mécaniques sauraient-elles, également, ouvrir sur de tels phénomènes ? 

L’idée était doublement excitante : pour interroger les gammes de matériaux plus abondants sur leur capacité à produire des ondes de Dirac, mais aussi car un tel changement d’échelle rendrait cette fois le phénomène directement observable !

L’analogie imposait toutefois que le matériau présente, à l’instar du graphène, ou des cristaux photoniques, des hétérogénéités. Des inclusions de micro-objets choisies pour être compatibles avec la longueur d’onde (recherche de l’interaction onde/matériau). De multiples travaux ont ainsi porté sur des structures comportant des « trous » espacés sur des plaques de métaux, des dispositifs en nid d’abeilles.

Succès : les « cônes de Dirac » furent au rendez-vous, et la matière du monde macroscopique s’est révélé vibrer « comme » interagissent les électrons du graphène.

Vers davantage de simplicité 

Dans le fil de ces réussites, une autre question a surgi. Dans le domaine des ondes mécaniques, où l’on jongle avec quantité de phénomènes dans le but de produire des interactions déterminée et focalisées, une simplification du dispositif était tentante.

Ne pourrait-on dès lors obtenir des résultats comparables sans les hétérogénéités ou structures destinées à contraindre les ondes ? Mais au contraire, travailler avec un matériau simple et d’une pièce ? 

L’idée était dans la manière d’obtenir un résultat aussi élégant. Les « obstacles » placés dans un milieu afin d’interagir et d’induire les cônes pouvaient en effet, du moins en théorie, être remplacés par de purs effets propagatifs. Dans le principe d’altérer par endroits les caractéristiques de conduction du matériau homogène ? 

 2014 vit le succès de ces tentatives. Au MIT Alexei Maznev fit vibrer le Duraluminum, un alliage rigide, en dévoilant des signatures caractéristiques du phénomène. La simplification du matériau était permise par le choix de la géométrie, une plaque ultra fine produisant des effets de bord, d’écho et de rebond. Les ondes réfléchies interagissant dès lors avec les ondes incidentes. Des zones interdites aux ondes s’établissant au cœur du solide, en rendant d’autres plus « transparentes ». 

Sous les cils de l’oreille

La voie des corps mous simples et homogènes s’ouvrit aux chercheurs de Paris autour d’une machine à café. Il était ce jour-là question de l’implantation étrange des cellules ciliées de l’oreille interne.

Les cellules cillées présentes dans la cochlée présentent en effet la particularité d’être disposées par touffes géométriques, aux allures circonflexes. Une configuration pour le moins intrigante, au regard de spécialistes des ondes. Ils se demandèrent si un phénomène vibratoire ne pouvait être à l’origine de cette disposition, présentant les indices d’une « adaptation » du dispositif biologique à une particularité non élucidée des vibrations.

On notera que les stéréocils baignent dans un fluide (endolymphe) servant d’amortisseur mécanique, pour des cils oscillants à la manière de palmiers lors d’un tremblement de terre. Mais il semble bien que le tissu vivant (membrane basilaire), le site d’implantation des cellules ciliées qui doit transmettre le son, doive participe à la sélection des fréquences, leur acheminement sélectif. Ce qui en soi constitue une surprise…

Les matériaux mous sont omniprésents. L’on peut gager que leur exploration, leur améliorations à l’aide de phénomènes acoustiques de plus en plus maitrisés et opérateurs seront fertiles dans des domaines aussi divers que la physiologie, les interfaces, les matériaux complexes, la robotique «soft »… 




4.10.20

Trump est-il "malade" ?

 On lui souhaite de se remettre le mieux possible.

Mais si c’est imaginaire, qu’il aille (encore) rôtir aux Enfers…

CECI EST UNE FICTION

Appelons le Allan. Et Allan avait toute sa jeune vie de crâne d’oeuf pondu par Yale rêvé de monter un coup joliment tordu comme ça. Conseiller de communication politique de base à la Maison Blanche à son âge de tendre poulet c'était chouette. Mais il était à EEOB. Dans l’annexe Eisenhower. Bosser au prochain niveau, celui de l’aile Ouest, ce serait embrasser le cul des Anges en dentelles et entrer dans la vraie Cité des Artistes.

Ces dernières semaines Allan avait déposé (version papier et confidentielle)
sur la table du second conseiller communication, un énième rapport de simulation de crise : "stratégie Potus « positif » et/ou d’un cluster à la Maison Blanche". Bon car comment Potus serait-il malade tout seul ? Le virus ne tombe pas des nuages comme avait dit Rob en lui commandant le boulot.

Bon. Il y avait passé quelques nuits et comme d'habitude Allan était certain que personne de l’aile gauche de n’avait lu, son plan. Il s’en fichait. C’était du beau boulot. Il avait prévu jusqu'au nombre d’infirmiers et d’infirmières dans les couloirs, pour les caméras de Fox, et un petit décor pour montrer que Potus continuait à travailler, acharné au boulot et à son mandat jusqu’à la mort. Un scénario de communication de crise à l’égard d'une telle situation c’était du niveau d’un stagiaire.

Mais lui l’avait peaufiné et soigné. Ne pas l’avoir fait aurait constitué à ses yeux une faute professionnelle. ET puis savait-on jamais. Il avait même prévu le type de tests à pratiquer, si d’aventure il fallait en exhiber devant ces connards de journalistes.

Il croisa Rob quelques jours plus tard, qui ne lui parla pas du rapport mais des des chiffres en baisse des d’intentions de vote pour DT dans les swing States. Ce qui fait le plus chier, lui assenait le gros mou, c’est le Wisconsin. Si le Wisconsin nous lâche et l’Arizona, c’est la fin..., Tout en écoutant le vieux grincheux se lamenter la lumière se répandit sous son crâne comme un liquide délicieux. En terme de "spin tactics" la situation était idéale et le timing parfait. La situation désespérée rendait son idée imparable.

Une chance merveilleuse et unique de renverser le jeu et de reconstruire l’image de Pocus en quelques jours. La technique appartient à la panoplie élémentaire de la propagande : hypertrophier un inattendu valorisant et objectif (son courageux combat et sa victoire contre l’épidémie) + le faire durer en feuilletonant de manière scénarisée afin d'estomper la perspective des éléments à son passif politique et de rendre le personnage soudainement « humain ».

Mais ce serait quand même un putain de gros et sale mensonge se dit-il. Un sursaut moral qui le fit presque sourire. Non je rigole, se dit-il encore. C’est juste que la loi est rude pour les menteurs. Mais l’idée suivante de l’enchaînement était déjà disponible à sa petite tête de calculatrice.

Quelques jours plus tôt il avait pris un café avec Hélène, la stagiaire du bureau des photographes. Elle lui avait fatigué les oreilles avec ses parents en Californie, du côté de Napa et leurs vignobles qui souffraient de la chaleur. Et puis ils se faisaient tester Covid toutes les semaines, et râlaient contre les tests qui ne valaient pas un clou… Certaines semaines ils étaient négatifs, parfois positifs… Il envisageaient de rejoindre un groupe de faux malades et de faire un vrai procès au fabriquant. Haha trop drôle...Un procès ? Vraiment ?

Grand dieux des cieux politiques : pas de clause morale. L’inattendu en question n’a pas même besoin d'être faux. Les tests fabriquaient eux-mêmes des erreurs ! Des vrais faux ! Rien que du sincèrement truqué. Un vrai tour de magicien. Il serait juste nécéssaire de faire tout un tas de test, et de ne retenir que ceux qui les arrangeraient ! Pour une fois que ces saloperies à ramoner le nez serviraient à quelque chose !

Donc quelques tests (le Président et quelques membres de l’entourage), la mise en route du scénario de communication de crise prévue autour d’un mini cluster à la Maison Blanche, des collaborateurs soucieux de la santé de Potus, des précautions médicales et un président fatigué mais combatif, ce sera bien suffisant pour lancer le feuilleton. Tous les médias suivraient. Qui pourrait prétendre le contraire ? Sur quels éléments. Tout serait vrai, peut-être même que Potus lui-même penserait être malade ?

Le jeu en valait la chandelle : il avait en quelque sorte été testé au Brésil et a parfaitement fonctionné pour Bolsonaro (peut-être vraiment malade), redevenu miraculeusement éligible dans un pays qui déplore plus de 100.000 morts et après une gestion au moins aussi calamiteuse de la crise Covid-19 que celle de l’administration Trump (plus de 200.000 morts).

Fallait-il en parler à Ron ? Allan décida d’aller voir le premier conseiller en direct. Moins de monde dans la confidence. Pas de trace écrite.Et pas de risque de se faire confisquer l’idée par cette vieille crapule fatiguée…

19.5.20

Lorsque la mort sera là tu n'y seras plus. Pourquoi ami vivre dans la crainte ? ≠Epicure

16.5.20

13.5.20

Plutôt marcher sur la pointe des pieds, qu'à quatre pattes (≠F. Nietzsche, Gai Savoir)

12.5.20

Quand je vois ce que je vois et entends ce que j'entends, je suis bien content de penser ce que je pense (≠F. Raynaud)

9.5.20

Les folles danses de la matière molle

En réussissant à produire dans un banal ruban de matière molle (silicone) des phénomènes ondulatoires complexes et inattendus (ondes de Dira...