À quoi ressemble un physicien au fourneau ?
Pablo Jensen. Prenez un exemple simple : pour faire un roux, il faut ajouter un peu de farine à du gras au fond d'une casserole. Un jeu d'enfant, direz-vous ! Pas du tout ! Verser de la farine dans une casserole, c'est s'exposer à une catastrophe culinaire : si le bocal n'est pas assez penché, rien n'en sort, et si nous le basculons plus franchement, une avalanche de farine en tombe brusquement, ensevelissant notre malheureux bout de gras et nous condamnant à de hasardeuses opérations de récupération.

Alors, solides ou liquides ?
P. J. Là est l'ambiguïté. Les matériaux granulaires¹ à base de farine, de sable ou de petits cailloux cumulent certaines caractéristiques des liquides et des solides : ils sont relativement faciles à fractionner, à transvaser d'un récipient à un autre, mais peuvent aussi tenir en place, sans couler spontanément. Un récipient contenant des grains se vide lorsqu'on le penche, mais il le fait par à coups. Des observations ont montré que seuls les grains qui se trouvent à la surface du tas coulent comme un liquide, tandis qu'à l'intérieur les grains restent prisonniers de leurs voisins, comme dans un solide.

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© D. R.

Lorsque l'on empile des grains, le poids de la partie supérieure du tas ne s'applique pas uniformément sur tous les grains situés en dessous. Grâce à une technique astucieuse, Daniel Bideau et ses collaborateurs de l'Université de Rennes (Groupe matière condensée et matériaux, GMCM) ont réussi à faire ressortir (en clair) les grains qui subissent des forces importantes. Ces grains constituent de véritables « voûtes » qui maintiennent le système en place, alors que les autres grains ne subissent pratiquement aucune force.

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Comment la physique interprète-t-elle ce comportement « hybride » ?
P. J. Le phénomène peut s'expliquer par la formation aléatoire de véritables voûtes, constituées par quelques grains, qui peuvent soutenir l'ensemble des grains situés au-dessus d'elles, les empêchant d'atteindre leur position la plus stable² vis-à-vis de la gravité. Un tas de farine est un mélange de parties « solides » (les grains qui supportent les forces et qui sont rigidement fixés) et « liquides » (les grains qui sont entre les parties solides et peuvent glisser facilement). La possibilité pour le système de se bloquer dans un grand nombre de configurations différentes de celle correspondant à l'équilibre « optimal » est un véritable cauchemar pour le physicien. Je montre dans mon livre que les substances quotidiennes, souvent désordonnées, posent d'énormes problèmes à notre discipline. Du coup, les « tours de main » restent parfois les meilleurs guides…

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