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Le texte suivant a été traduit automatiquement de l'allemand et n'a pas été post-édité.
En médecine, en ingénierie, dans le bâtiment ou encore dans l’éducation physique et sportive, l’élasticité est une grandeur physique qui doit être précisément adaptée à l’utilisation et à la fonction d’un matériau. « Elle joue également un rôle dans le choix de la roche souterraine la plus appropriée pour le stockage du dioxyde de carbone. En effet, les matériaux poreux se modifient lorsque leurs minuscules cavités sont remplies de substances gazeuses ou liquides, ce qui déforme les parois de leurs pores », explique Klaus Schappert, chercheur post-doctoral en physique, qui a mené cette étude en collaboration avec Rolf Pelster, professeur de physique expérimentale à l’Université de la Sarre.
Depuis plusieurs années, les physiciens expérimentaux et théoriques étudient ce qui influence l’élasticité des nanostructures et comment cela affecte les propriétés des matériaux. Des simulations et des calculs réalisés par des théoriciens américains indiquaient déjà que les matériaux poreux ne se contentent pas de se déformer sous l’effet de la pénétration de liquides ou de gaz. Elles modifient également leur comportement élastique lorsque ces substances pénètrent dans les pores. « Nous avons pu démontrer pour la première fois expérimentalement que plus les pores du matériau sont petits, plus il faut exercer de force pour les déformer », explique Klaus Schappert.
Pour leurs mesures, les physiciens de Sarrebruck ont utilisé d’une part du verre de quartz présentant différents rayons de pores à l’échelle microscopique de 1,8 et 12,8 nanomètres. Afin d’exclure tout facteur perturbateur lors des mesures ultrasoniques très sensibles, le matériau devait présenter une structure aussi homogène que possible. Les pores des échantillons ont ensuite été remplis d’argon liquide à une température de moins 187 degrés Celsius. « Bien que l'argon n'ait qu'une faible interaction avec la paroi des pores, nous avons pu montrer que l'élasticité du matériau rempli est deux fois plus élevée pour les nanopores d'un diamètre de 12,8 nanomètres que pour les pores plus petits d'un rayon de 1,8 nanomètre », explique Schappert. En conséquence, il faut exercer une force plus importante pour déformer le matériau lorsque les structures poreuses sont particulièrement minuscules.
Les physiciens expérimentaux de Sarrebruck souhaitent désormais approfondir leurs recherches sur le comportement des systèmes de matériaux dans lesquels les interactions entre les substances solides et liquides ou solides et gazeuses sont encore plus fortes. « Cela est non seulement déterminant pour le stockage du dioxyde de carbone, mais joue également un rôle partout où des substances liquides ou gazeuses s’écoulent dans les minuscules cavités d’un matériau pour y être stockées de manière temporaire ou permanente. Il peut s’agir, par exemple, d’installations destinées à absorber des polluants ou à filtrer certaines substances », explique le physicien Klaus Schappert.
Publication originale :
Klaus Schappert et Rolf Pelster, Experimental Evidence for the Pore Size Dependence of Elastic Properties in a Liquid Adsorbate Confined to Nanopores, J. Phys. Chem. Lett. 17, 1640–1646 (2026), https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.5c03903
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Pour toute question, veuillez contacter :
Dr Klaus Schappert
Chaire de physique expérimentale et de didactique de la physique
Tél. : 0681 302 3032
E-mail : k.schappert(at)mx.uni-saarland.de
Prof. Dr Rolf Pelster
Chaire de physique expérimentale et de didactique de la physique
Tél. : 0681 302-2216 E-mail : rolf.pelster(at)mx.uni-saarland.de
