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

Les scientifiques de l’université de Lehigh, en Pennsylvanie, ont découvert qu’une simple application d’une force magnétique pouvait faire remonter le sable en semblant défier la gravité, selon un article publié en septembre dans la revue Nature Communications. Le sable est une chose assez fascinante du point de vue de la physique. C’est un exemple de matière granulaire, car il agit à la fois comme un liquide et un solide. Le sable sec collecté dans un seau s’écoule comme un fluide, mais 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 propres décrivant les différentes phases de la matière, et la transition entre un « liquide » coulant et un « solide » rigide se produit assez rapidement. C’est comme si les grains agissaient en tant qu’individus dans la forme fluide, mais qu’ils étaient capables de se rassembler soudainement lorsqu’ils en ont besoin, produisant un effet étrange de « force par le nombre ». 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 desquels interagira avec plusieurs de ses grains voisins immédiats – et ces voisins seront en constante évolution. Pas même un super ordinateur ne peut suivre les mouvements des grains individuels dans le temps, de sorte que la physique du flux dans les milieux granulaires demeure un domaine de recherche vital. Mais des grains de sable qui coulent collectivement à contre-courant? C’est simplement un comportement étrange. L’ingénieur de l’université de Lehigh, James Gilchrist, gère le laboratoire de mélange et d’auto-organisation des particules 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’accumuler en haut. Naturellement, lui et ses collègues ont dû enquêter plus avant. Pour leurs expériences, Gilchrist et ses collègues ont attaché des aimants en néodyme à une roue motorisée à 90 degrés d’intervalle, 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 revêtue. Une fois que les micro-rouleaux étaient propres, on les a 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 couple magnétique. Un gaussmètre a mesuré la force du champ magnétique par rapport à l’orientation.