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 torque magnétique pouvait faire remonter le sable à l’encontre de la gravité. Cela contrarie tout ce que l’on sait des équations décrivant les différentes phases de la matière et la transition du « liquide » à l’état « solide ». Le sable est une substance fascinante d’un point de vue physique : c’est un exemple de matière granulaire, car elle se comporte à la fois comme un liquide et un solide. Si l’on met du sable sec dans un seau, il s’écoule comme un fluide, et pourtant il peut supporter le poids d’un rocher posé dessus, comme un solide, alors que théoriquement, le rocher est plus dense que le sable. Le sable défie donc toutes les équations qui décrivent les différentes phases de la matière, et la transition entre le « liquide » qui s’écoule et le « solide » rigide se fait très 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, et d’obtenir ainsi un curieux effet de « force par le nombre ». Les physiciens ne peuvent pas prédire précisément une avalanche, en raison du nombre de grains de sable même dans une petite pile, chacun d’entre eux interagissant simultanément avec plusieurs de ses grains voisins immédiats, et ces voisins changeant d’un moment à l’autre. Même un superordinateur ne peut suivre les mouvements individuels des grains de sable dans le temps, de sorte que la physique du flux dans les milieux granulaires reste une zone importante de recherche. Mais des grains de sable qui s’écoulent collectivement à contre-courant ? C’est tout simplement un comportement bizarre. L’ingénieur James Gilchrist, de l’université de Lehigh, gère le laboratoire de mélange de particules et de auto-organisation, et il est tombé par hasard sur ce phénomène étrange 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 contrebas. 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 les micro-rouleaux propres, ils ont été séchés, suspendus dans de l’éthanol frais, puis chargés sur 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.