Quand des gouttes liquides transforment le comportement des solides mous
Des scientifiques montrent que l’ajout de gouttes liquides dans un solide mou permet de contrôler finement sa dissipation d’énergie, révélant un comportement hybride entre gel et émulsion.
Références :
Rheological response of soft solid/liquid composites. Elina Gilbert, Anniina Salonen, Christophe Poulard, Soft Matter, 2025,21, 8999-9007. Publié le 31 octobre 2025.
DOI : 10.1039/D5SM00973A
Archive ouverte : HAL
Les matériaux mous hybrides, constitués de gouttes liquides dispersées dans une matrice solide élastique, ouvrent la voie à de nouvelles fonctionnalités mécaniques. Mais comprendre précisément leur comportement reste un défi : comment un matériau peut-il être à la fois élastique comme un solide… et dissipatif comme un liquide ?
Ces recherches ont été menées dans les laboratoires CNRS suivants :
Laboratoire physique des solides (LPS, CNRS / Université Paris-Saclay)
Service de physique de l'état condensé (SPEC, CEA/CNRS)
Sciences et Ingénierie de la Matière Molle (SIMM, CNRS/ESPCI Paris-PSL/Sorbonne Université)
Des scientifiques ont étudié récemment ces « émulsions solides », formées de gouttes de polyéthylène glycol (PEG) encapsulées dans une matrice de silicone (PDMS), dans l’idée de comprendre comment ces inclusions liquides vont modifier la réponse mécanique du matériau, tout en contrôlant séparément les deux effets. Leurs expériences ont révélé un comportement atypique. En effet, si, à haute fréquence (dans des expériences où on cisaille périodiquement le matériau), le système se comporte comme un solide classique dominé par sa matrice élastique, à basse fréquence en revanche, les gouttes liquides prennent le dessus et introduisent une dissipation d’énergie supplémentaire, modifiant profondément la réponse viscoélastique. Pour décrire cette dualité, les scientifiques ont développé un modèle atypique, basé sur la « rhéologie fractionnaire ». Ce cadre permet de capturer simplement la transition entre comportement solide et liquide. Ce modèle théorique leur a permis de montrer que la dissipation augmente linéairement avec la quantité de liquide, indépendamment de la fréquence, un comportement que l’on observe typiquement dans les émulsions, et que l’on retrouve ici dans un matériau solide.
Les scientifiques montrent ainsi que ces composites se situent à la frontière entre gels et émulsions. Ils ouvrent ainsi de nouvelles possibilités pour concevoir des matériaux aux propriétés mécaniques sur mesure, notamment pour des applications en adhésion, en absorption d’énergie ou pour l’électronique souple. Ces résultats sont publiés dans la revue Soft Matter.
