L’ESSENTIEL
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Chaque matériau a un seuil de résistance mécanique maximal qui lui est propre. Au-delà d’une certaine pression, il va se déformer.
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De manière surprenante, ces seuils changent radicalement lorsque l’on passe de notre échelle macroscopique à des tailles nanométriques.
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Comment expliquer, physiquement, ce changement ?
Comme le dit le dicton, « tout ce qui est petit est mignon ». Mais il est plus rare d’entendre dire que ce qui est plus petit est plus costaud. Et pourtant c’est ce qu’il semble se passer pour de nombreux matériaux si on diminue leurs dimensions jusqu’à quelques dizaines de nanomètres (un milliardième de mètre). Des expériences et des simulations numériques montrent en effet que la résistance mécanique peut augmenter d’un facteur mille à ces échelles. Comment cela est-il possible ?
Revenons tout d’abord aux bases. Si on compresse un matériau, il se déforme généralement avec une amplitude faible et de manière élastique, c’est-à-dire réversible. Toutefois, au-delà d’un certain niveau de contrainte mécanique exercée, la déformation devient plastique donc irréversible. Ce seuil de résistance mécanique maximal dépend bien évidemment du type de matériau. L’acier est ainsi notoirement plus résistant que du plomb, et une pierre que du polystyrène. Physiquement, cette résistance est équivalente à une pression, laquelle s’exprime en pascal (Pa) dans le système d’unités international. Par exemple, la pression maximale que peut supporter un métal comme l’aluminium est une vingtaine de mégapascals, soit 2×107 Pa.
Pour se faire une idée plus précise de ces pressions, la figure ci-dessous montre une échelle illustrée par quelques cas très imaginaires. Ainsi, en supposant qu’on puisse faire tenir un éléphant de 3 tonnes sur la face d’un dé de 1 cm de côté (ce qui est hautement hypothétique j’en conviens), la pression exercée sur ce dernier…
Auteur: Laurent Pizzagalli, Directeur de recherche CNRS, expert en physique des matériaux, Université de Poitiers
