La science des fils
Vous êtes-vous déjà demandé comment de tous petits brins pouvaient donner des fils de plusieurs kilomètres de long extrêmement solides ? Une petite percée scientifique vient d'être faite à ce sujet, on tente de partager cette merveille avec vous.
La question de la solidité d'un fil fait de multiples brins tordus les uns autour des autres en un fil a déjà été soulevée par Galilée au XVIIème siècle et s'il avait déjà pressenti que la torsion "fusionnait" les brins ensemble, c'est dans les années 1930 et 1960 que l'explication fut trouvée. Les brins ne glissent pas grâce aux tensions générées par leur courbes et aux forces de frottement particulières que cela implique entre les filaments.
Si les brins sont assez tordus, ils sont complètement bloqués par ces forces de frottement. Dans ce cas, le fil peut casser comme une branche de bois, les brins qui le constituent casseront donc eux aussi. Si les brins ne sont pas assez tordus, les brins restent entier mais se désolidarisent, le fil s'effiloche. La grande question restante est donc: dans quelles conditions le fil s'effiloche-t-il et dans quelles conditions casse-t-il ? C'est ce que des chercheurs de l'université de Rennes et d'Orsay ont tenté de déterminer.
Pourquoi est-il presque impossible de séparer ces deux livres en tirant dessus ?
Les deux chercheurs ont démontré dans leur article que les brins constituant un fil se comportent comme les pages intriquées de deux livres. Plus la force appliquée pour les séparer est grande, plus la résistance est grande et celle-ci dépend de quelques paramètres seulement.
Dans le cas d'un fil, si vous connaissez uniquement :
- la longueur de vos brins,
- le coefficient de frottement de vos brins (donc combien ces brins sont "glissants" ou non),
- la quantité de torsion que vous leur avez appliquée,
vous pouvez déterminer si votre fil s'effilochera ou non. Les chercheurs ont regroupé ces trois paramètres en un nombre sans dimension qu'ils ont appelé H pour nombre de torsion d'Hercule, en référence à la force du héros légendaire. Les chercheurs ont été étonnés de cette découverte car même si la fabrication de fils est vieille comme le monde, personne ne semble avoir jamais remarqué que la loi des fils était si simple.
Pour déterminer quels paramètres sont idéaux pour filer les brins, il faut déterminer le nombre H_c critique pour lequel la torsion est idéale pour éviter que les fils ne cassent suite à une trop grande torsion tout en évitant que le fil s'effiloche. En calculant ce nombre pour des paramètres correspondant à de vrais fils en coton, les chercheurs ont démontré que les fabricants ont réussi empiriquement à déterminer les bons paramètres, ce qui prouve que leur modèle théorique est bon... et que les fabricants font bien leur travail ! Lorsque des fils plus gros sont filés, ils sont généralement composés de plusieurs fils de diamètre idéal pour conserver les caractéristiques idéales tout en obtenant le bon diamètre.
Vous allez me dire que tout ça pour ça, ces chercheurs ont réinventé la poudre en déterminant théoriquement ce que les fabricants de fil ont mis en pratique depuis des centaines d'années... je vous répondrais que c'est toute la beauté de la recherche !
L'article source:
Seguin, A., & Crassous, J. (2022). Twist-controlled force amplification and spinning tension transition in yarn. Physical Review Letters, 128(7), 078002.
Version openAccess : https://arxiv.org/pdf/2110.04206.pdf
C'est Saki qui tricote sur l'image-titre
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Merci Liseli pour le résumé de l’article. Finalement comptons sur la recherche pour expliquer et permettre de nouvelles avancées dans tous les domaines
Super, merci Liseli !!
Merci Liseli ! Très interessant et prometteur. La théorie crée de nouvelles pratiques (quand il y a un moteur de vouloir le faire...). Il pourrait devenir possible d'adapter les processus aux ressources disponibles (par exemple des fibres recyclées plus courtes ou des variétés moins exigeantes) et fabriquer quand même quelque chose de résistant.
Bonne idée missumlaut-Kikoo.
Je propose de suggérer ce thème de recherche à l'ANR (Agence Nationale de la Recherche).....
Ils lui ont trouvé un nom sympa à ce nombre H !
Merci Liseli pour ce compte-rendu ! Cela me rappelle la visite de la Corderie royale à Rochefort, où l'on peut voir le matériel utilisé pour fabriquer les cordages de marine, ce qui nécessite en effet des tours et des tours de manivelle pour torsader les brins.
Merci pour cet article ! C'est intéressant de voir que la science peut expliquer les méthodes ancestrales