Regardez le sable défier la gravité et s’écouler en montant en raison de la « friction négative ».

Les scientifiques de l’université de Lehigh, en Pennsylvanie, ont découvert qu’une simple application de torque magnétique pouvait en fait faire remonter le sable à contre-courant, en apparence contre la gravité, selon un article publié en septembre dans la revue Nature Communications. Le sable est un élément assez fascinant du point de vue de la physique. C’est un exemple de matière granulaire, car il se comporte à la fois comme un liquide et un solide. Le sable sec collecté dans un seau s’écoule comme un fluide, pourtant il peut supporter le poids d’un rocher posé dessus, comme un solide, même si le rocher est théoriquement plus dense que le sable. Ainsi, le sable défie toutes ces équations ordonnées décrivant les différentes phases de la matière, et la transition entre un écoulement « liquide » et un « solide » rigide se produit assez rapidement. C’est comme si les grains agissaient comme des individus dans la forme fluide, mais étaient capables de se regrouper soudainement lorsqu’unesolidarité est nécessaire, créant un effet étrange de « force collective ». Les physiciens ne peuvent pas prédire précisément une avalanche. Cela s’explique en partie par le nombre de grains de sable dans même une petite pile, chacun d’entre eux interagissant avec plusieurs de ses grains voisins immédiats, et ces voisins changeant d’un instant à l’autre. Pas même un superordinateur ne peut suivre les mouvements individuels des grains au fil du temps, de sorte que la physique du flux dans les milieux granulaires reste un domaine de recherche vital. Mais des grains de sable qui s’écoulent collectivement en montant? C’est simplement un comportement bizarre. L’ingénieur de l’université de Lehigh, James Gilchrist, gère le laboratoire de mélange de particules et d’autoorganisation et a découvert cet étrange phénomène lors d’expériences avec des « micro-rouleaux »: des particules de polymère recouvertes 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’accumuler en montant. Naturellement, lui et ses collègues ont dû enquêter davantage. Pour leurs expériences, Gilchrist et al. 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 support d’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 recouverte. Une fois les micro-rouleaux propres, ils ont été séchés, suspendus dans de l’éthanol frais et chargés sur le support d’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 torque magnétique. Un gaussmètre a mesuré la force du champ magnétique par rapport à l’orientation.