Le grincement des chaussures Le basket-ball sur le parquet est le résultat d’un mécanisme physique jamais étudié en profondeur auparavant, qui, étonnamment, a beaucoup à voir avec la manière dont se forment les ondes sismiques d’un tremblement de terre. C’est la découverte d’une équipe de chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), en collaboration avec l’Université de Nottingham et le Centre national de la recherche scientifique. L’étude, publiée le Naturemodifie les connaissances qui sous-tendent grincer des joueurs de la NBA sur les terrains de basket. D’une part, il fournit un nouveau modèle théorique pour comprendre la physique des tremblements de terre et d’autre part, grâce à l’épaisseur du caoutchouc et à la fréquence du son, il a permis aux chercheurs de jouer le Marche Impériale Star Wars par blocs coulissants de différentes hauteurs.
Avant cette étude, le modèle d’origine du grincement des semelles du parquet était ce qu’on appelle bâton-slip (littéralement « attaques et glissades »), c’est-à-dire lorsqu’entre deux surfaces qui glissent l’une sur l’autre il y a une alternance très rapide entre une phase où les deux surfaces restent attachées et une phase où elles glissent. Dans ce cas, chaque petite partie de caoutchouc de la semelle « colle » au sol pendant une fraction de seconde, puis glisse pendant encore une fraction de seconde et ainsi de suite, générant une série de clics irréguliers qui génèrent le bruit caractéristique. Ce modèle décrit cependant lefrottement entre deux surfaces rigidesalors qu’ici une de ses surfaces – le caoutchouc de la semelle – ne l’est pas.
Voici donc une équipe de chercheurs dirigée par Adel Djellouli étudié le phénomène en l’observant avec des caméras ultra-rapides capables de capturer jusqu’à un million d’images par seconde et je l’écoute avec un microphone. Pour l’expérience, des chaussures de basket-ball ou des blocs de caoutchouc ont été utilisés et glissés sur une surface en verre transparente éclairée par des lumières LED pour visualiser la dynamique des zones de contact entre les deux surfaces.
Le résultat ? Le mécanisme est similaire à celui de bâton-slipmais avec des particularités dues non seulement au fait que le caoutchouc n’est pas un matériau rigide, mais aussi au fait que les semelles des chaussures ne sont pas des surfaces lisses mais ont rainures et reliefs.
L’expérience a montré que, lorsque la semelle frotte rapidement sur une surface lisse et rigide – comme le parquet des terrains de basket – les reliefs des semelles ne glissent pas uniformément sur le sol : le mouvement relatif entre les deux surfaces s’organise en « fronts » de détachement qui se propagent à des vitesses bien supérieures à la vitesse de glissement, provoquant ainsi des ondes de choc qui génèrent alors le « sifflet ».
Contrairement au stick-slip « traditionnel », dans lequel ces événements de décollement-glissade se produisent de manière quelque peu aléatoire sur la surface, dans le cas de la semelle, la non-rigidité de la semelle et la géométrie des reliefs assurent que ces impulsions sont ordonnées dans l’espace et surtout régulier dans le temps. Ainsi, une onde sonore est créée, composée de nombreuses impulsions qui se propagent avec une seule fréquence bien définie: mais c’est exactement la définition de note de musique!
Les auteurs de l’étude ont en effet remarqué que, à mesure que la hauteur du bloc ou de la rainure en caoutchouc varie, la fréquence des grinceret donc la hauteur de la note produite. Pour le démontrer, ils ont découpé des blocs de caoutchouc de différentes hauteurs et, en les faisant glisser sur une plaque de verre, ils ont réussi à jouer le jeu. Marche impériale De Guerres des étoiles. Vous pouvez écouter la mélodie emblématique « jouée » uniquement avec des morceaux de caoutchouc ci-dessous !
Mais ce n’est pas tout : des caméras à très haute vitesse ont montré des petites décharges électriques généré par le frottement du caoutchouc, comme des dieux « éclair » microscopique. Ces rejets sont le résultat deeffet triboélectriquephénomène physique par lequel deux matériaux différents (comme le caoutchouc de la semelle et le bois du parquet, dont au moins un est isolant) échangent des charges électriques en se frottant, voire en se touchant puis en se séparant. La friction génère une tension électrique, comme le montre la vidéo ci-dessous.
Les surprises de ces recherches ne s’arrêtent pas là et ne se limitent pas à l’ingénierie des matériaux. La dynamique du glissement rappelle ce qui se passe lors des tremblements de terre avec des failles se déplaçant les unes par rapport aux autres. L’équipe de recherche ouvre la possibilité que les motifs en caoutchouc comportant des rainures et des ondulations pourraient devenir un moyen facile de étudier la physique des tremblements de terre en laboratoire.