Des chercheurs financés par l’UE ont employé la simulation informatique pour étudier les propriétés des systèmes vitreux actifs et leur comportement sous contrainte.
Partout autour de nous, il existe des groupes denses de particules autopropulsées qui peuvent former des états de type solide que nous appelons verres actifs. Ces systèmes de matière active dense s’étendent du cytoplasme aux tissus cellulaires, en passant par les biofilms bactériens et les embouteillages. Les scientifiques ont récemment étudié les propriétés dynamiques et mécaniques de ces verres actifs, mais ces systèmes sont structurellement si désordonnés et hors d’équilibre que leur compréhension s’est avérée complexe.
Une façon d’étudier les propriétés des verres actifs consiste à les traiter comme des formes inhabituelles et actives de matière physique. Des chercheurs soutenus par le projet RMAG, financé par l’UE, ont cherché à mieux comprendre ces systèmes, et notamment leur comportement en cas de cisaillement — la contrainte produite par la pression dans la structure d’une substance lorsque ses couches sont déplacées latéralement dans des directions opposées. Leurs résultats ont été publiés dans la revue «Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America».
L’équipe de recherche a simulé un modèle de système vitreux actif soumis à un cisaillement constant. Dans ce système, chaque particule autopropulsée était entraînée par une force de propulsion dont la direction subit des changements lents et aléatoires. «Nous avons exploré la réponse d’un modèle de matériau actif soumis à un cisaillement constant, dans lequel le système est pris en sandwich entre deux parois, l’une fixe et l’autre en mouvement pour générer une déformation par cisaillement», explique le Dr Rituparno Mandal, auteur principal de l’étude et rattaché à l’Université de Göttingen, qui coordonne le projet, dans un article publié sur «EurekAlert!».L’équipe a constaté que, bien que l’écoulement des particules ressemble à celui des liquides ordinaires, les directions des forces révèlent un ordre caché: elles ont tendance à pointer vers la plaque supérieure ou inférieure — celle qui est la plus proche — tandis que les particules soumises à des forces latérales se regroupent au milieu du système vitreux. «Ce que nous avons constaté, c’est qu’à une force motrice suffisamment forte, un effet d’ordonnancement intéressant émerge», poursuit Rituparno Mandal. «Nous comprenons désormais aussi l’effet d’ordonnancement à l’aide d’une théorie analytique simple et les prédictions de cette théorie correspondent étonnamment bien à la simulation.»
Le professeur Peter Sollich, auteur principal de l’étude et également rattaché à l’Université de Göttingen, explique: «Une force externe ou une force motrice détruit souvent l’ordonnancement. Mais ici, l’entraînement par le flux de cisaillement est essentiel pour assurer la mobilité des particules qui composent le matériau actif, et elles ont en fait besoin de cette mobilité pour atteindre l’ordre observé.»
Selon Peter Sollich, les résultats de cette étude devraient «ouvrir des possibilités passionnantes pour les chercheurs qui étudient les réponses mécaniques de la matière vivante». Le projet RMAG (Rheology and Mechanics of Active Glasses) vise à offrir aux scientifiques de nouvelles perspectives en biologie cellulaire et en science des matériaux et à ouvrir la voie à la conception de nouveaux matériaux actifs dotés de capacités remarquables. Le projet qui se déroule sur une période de 2 ans s’achèvera en octobre 2022.
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