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Bruit mécanique et bruit thermique dans les écoulements de mousses, émulsions, et autres solides désordonnés

publié le , mis à jour le

[03-09-2014] De même que les ondes sismiques émises par un premier séisme peuvent provoquer une nouvelle rupture sismique à distance, les "ruptures" localisées (bruques réarrangements de particules) qui prennent place au sein de solides désordonnés (mousses, émulsions, etc.) en situation d’écoulement génèrent des déformations élastiques dans le matériau, lesquelles peuvent provoquer de nouvelles "ruptures". Comme ces déformations élastiques tantôt stabilisent, tantôt déstabilisent davantage les zones susceptibles de rompre, elles présentent, par leur caractère aléatoire, certaines similitudes avec le bruit d’origine thermique : on parle de bruit mécanique. Dans certains modèles de rhéologie très populaires, l’analogie est même poussée plus loin : le bruit mécanique est tout bonnement réduit à une température effective permettant le déclenchement de nouvelles ruptures localisées.

Contrairement à cette idée répandue, nous montrons que l’analogie souffre d’une faille fondamentale, dans la mesure où les fluctuations thermiques ne sont corrélées qu’à temps très courts, alors que les "ruptures", irréversibles, ont un effet durable. Dans une lettre à la revue EPL, nous illustrons nos résultats avec un modèle d’écoulement mésoscopique dans lequel les interactions élastiques sont fidèlement restituées.
Pour compléter cette étude, nous avons caractérisé à l’aide de simulations numériques les réarrangements localisés de particules et mis en évidence les corrélations qui existent entre eux, aussi bien dans l’espace que dans le temps.
Ces corrélations, à la symétrie particulière, peuvent être reproduites de manière qualitative par des modèles d’écoulement simplifiés, dans lesquels l’interaction entre foyers de rupture provient des déformations élastiques à longue portée que génèrent les réarrangements de particules. Quantitativement, en revanche, l’étude met en avant certaines faiblesses des modèles simplifiés, qui, par exemple, négligent l’hétérogénéité élastique du matériau et les délais dus à la propagation des ondes de cisaillement.
Les résultats ont été publiés dans la revue European Physical Journal E.