Regardez le sable défier la gravité et monter en flottant grâce au « frottement négatif ».

Les scientifiques de l’université de Lehigh, en Pennsylvanie, ont découvert qu’une simple sollicitation magnétique pouvait suffire à faire remonter un tas de grains de sable à l’encontre de la gravité, selon un article publié en septembre dans la revue Nature Communications. Le sable est un matériau assez fascinant du point de vue de la physique. C’est un exemple de matériau granulaire, car il se comporte à la fois comme un liquide et comme un solide. Si on le recueille dans un seau, il se verse comme un fluide, mais il peut supporter le poids d’une pierre posée dessus, comme un solide, alors que la pierre est théoriquement plus dense que le sable. Le sable défie donc toutes ces équations bien ordonnées décrivant les différentes phases de la matière, et la transition entre le fluide « liquide » et le « solide » rigide se produit assez rapidement. C’est comme si les grains agissaient individuellement sous forme de fluide, mais qu’ils étaient capables de soudain se regrouper lorsque la solidarité est nécessaire, produisant un effet étrange de « force en nombre ». Les physiciens ne peuvent prédire avec précision une avalanche. Cela s’explique en partie par le nombre de grains de sable contenus même dans une petite pile, chacun d’entre eux interagissant avec plusieurs de ses grains voisins immédiats simultanément – et ces voisins changeant d’un moment à l’autre. Pas même un super ordinateur ne peut suivre les mouvements individuels des grains au fil du temps, de sorte que la physique du flux dans les milieux granulaires demeure un domaine de recherche vital. Mais des grains de sable qui s’écoulent collectivement en montant? C’est un comportement simplement bizarre. L’ingénieur de l’université de Lehigh, James Gilchrist, gère le laboratoire de mélange de particules et d’auto-organisation et a fait cette étrange découverte lors d’expériences avec des « micro-rouleaux »: des particules de polymère revêtues d’oxyde de fer (un processus appelé micro-encapsulation). Un jour, en faisant tourner un aimant sous une fiole de micro-rouleaux, il a remarqué qu’ils commençaient à s’empiler en montant. Naturellement, lui et ses collègues ont dû enquêter plus avant. Pour leurs expériences, Gilchrist et ses collègues ont fixé des aimants en néodyme à une roue motorisée à des intervalles de 90 degrés, en alternant les pôles orientés vers l’extérieur. L’appareil comprenait également un porte-échantillon et un microscope USB en position fixe. Les micro-rouleaux ont été préparés en les suspendant dans une fiole en verre contenant de l’éthanol et en utilisant un aimant pour les séparer de la poussière ou de toute particule non revêtue. Une fois que les micro-rouleaux étaient propres, ils ont été séchés, suspendus dans de l’éthanol frais et chargés dans le porte-échantillon. Un moteur vibrant a agité les échantillons pour produire des litières granulaires aplaties, et la roue motorisée a été mise en mouvement pour appliquer un couple magnétique. Un gaussmètre a mesuré la force du champ magnétique par rapport à l’orientation.