Contrôler le grincement entre un matériau mou et un matériau rigide
Des recherches issues d’une collaboration internationale, impliquant notamment des scientifiques du Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans, ont élucidé le mécanisme à l'origine du grincement produit par le frottement d'un matériau mou sur une surface rigide – une semelle de caoutchouc sur un parquet, par exemple. L'équipe a démontré que ces grincements peuvent être contrôlés en structurant la surface molle, afin de les supprimer ou de produire des notes de musique précises. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature.
Une semelle de chaussures de basket qui glisse sur un parquet, un doigt sur une vitre, un frein de vélo... : de nombreux phénomènes quotidiens produisent un grincement, dû au frottement à l'interface entre un matériau mou et un matériau rigide. Le mécanisme à l'origine de ce grincement n'était pas complètement élucidé, et c'est pour l'étudier que des chercheurs du Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans (LAUM, CNRS/Le Mans Université) et de l'université d'Harvard ont réalisé plusieurs études expérimentales1 qui permettent de comprendre comment le frottement entre les deux matériaux engendre le bruit de grincement.
Une première étude s'est focalisée sur un exemple simple : des chaussures de basket du commerce glissant sur une plaque de verre lisse à une vitesse d’environ 1 m/s. Pour observer le phénomène, un dispositif acoustique enregistre le son émis, tandis que l'interface entre la semelle et le verre est visualisée à l'aide d'un système optique et d'imagerie ultra-rapide. L'étude a mis en évidence l'existence d'impulsions d'ouverture, c'est-à-dire de séparations temporaires de l'interface, qui se propagent dans la direction du glissement à environ 80 m/s, bien plus vite que la vitesse de glissement, avec une fréquence proche de 5000 Hz. Or, cette même fréquence apparait simultanément dans le spectre du son enregistré, dans la cadence de répétition des impulsions. Ce qui relie clairement le son du grincement à la dynamique des impulsions d'ouverture de l'interface. Un comportement similaire est observé quand on frotte un doigt sur du verre.