Projet ANR-08-JCJC-0031 – MECAWET : MECAWET: Elasticity & Interfaces
Programme : Jeunes chercheuses et jeunes chercheurs (JCJC) 2008
Année de financement : 2008
Coordinateur du projet : CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR PARIS A (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR PARIS A)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique
Montant : 143700.0 euros
Date de début : 2009
Durée : 36 mois
Résumé : Nous proposons d'étudier comment des forces usuellement négligeables en mécanique peuvent induire des déformations géantes sur des feuilles élastiques. Nous nous concentreront sur les forces de tension de surface et les forces d'adhésion. Négligeables à l'échelle macroscopique des édifices humains, ponts ou véhicules, ces forces deviennent dominantes aux échelles sub-millimétriques. Le rapport surface sur volume augmente en effet considérablement lorsque la taille des objets considérés devient de plus en plus petite. Une conséquence technologique de ces forces est le collage capillaire de micro-poutres ou d'éléments mobiles utilisés dans des micro-systèmes électro-mécaniques (MEMS) ou dans des matériaux biomimétiques. Au delà de ces applications technologiques, les forces capillaires ont également des conséquences physiologiques considérables. Les trachées pulmonaire peuvent par exemple s'effondrer sous l'effet de la tension de surface du liquide qui les tapisse, ce qui peut conduire à une occlusion fatale des voies respiratoires chez les nouveaux nés prématurés (neonatal Respiratory Distress Syndrome). À l'opposé, les forces élastiques peuvent dominer les forces d'adhésion et conduire ainsi à la décohésion de substrats laminés. Délamination et collage capillaire dépendent d'ingrédients physiques identiques : l'interacttion entre élasticité et adhésion. Notre objectif est d'étudier ce type original d'interaction, ce qui implique un dialogue interdisciplinaire entre des domaines traditionnellement distants : mécanique et fracture d'une part, et physique interfaciale, chimie de surface et microfabrication d'autre part. Nous pensons également qu'une intéraction suivie entre expériences et théorie sera un élément clé pour le succès de ce projet ambitieux. D'un point de vue plus fondamental, la mécanique des plaques minces implique de fortes non-linéarités géométriques (même dans le cas de matériaux linéairement élastiques), ce qui conduit à des problèmes non triviaux. Ces non-linéairités apparaissent dans le cas général des grands déplacements pour lesquels la géométrie des plaques ne peut être linéarisée. Elles sont cependant responsables de motifs géométriques universels qui ne dépendent pas directement des caractéristiques du matériau mis en oeuvre. Malgré le succès de la description de singularités isolées, les motifs résultants demeurent mal compris comme dans le cas du papier froissé. Décrire le couplage des ces singularités avec des interfaces solides ou liquides constitue également un défi important. Le mêmes outils théoriques (lois d'échelle, méthodes analytiques ou numériques) semblent ainsi tout à fait pertinents pour décrire aussi bien le collage capillaire que les phénomènes de délamination. Une part importante du travail expérimental sera dédiée à des expériences simples et originales. Nous porposons en particulier d'utiliser des techniques récemment développées mettant en jeu des propriétés élastiques et d'adhésion finement contrôlées. Les longueurs caractéristiques (de 10 cm à 10 microns), propriétés interfaciales et d'adhésion seront ajustées indépendemment sur plusieurs ordres de grandeur. Nous projetons par exemple de produire des membranes minces d'une forme arbitraire au moyen de technique de lithographie molle. Des mesures optiques simples combinées avec des techniques de micro/mili-fabrication très versatiles devrait finalement faciliter un dialogue efficace avec les théoriciens. La principale originalité de notre projet est rapprochement entre deux domaines de recherches jusqu'à présent non connectés : capillarité et élasticité. Notre groupe c'est récemment distingué au niveau international pour ses travaux originaux sur l'élastocapillarité. Notre travail sur l'origami capillaire a par exemple été sélectionné le magazine Scientific American comme l'une des 50 avancées scientifiques en 2007 et fait l'object d'une conférence invitée au congrès de l'APS 2008. Nos premiers travaux se sont focalisés sur la flexi