Une étude récente révèle que la charge électrique d’un objet, comme un ballon frotté sur des cheveux, est influencée par son historique de contacts. Les chercheurs ont identifié un modèle dans le transfert de charge, mettant en évidence une hiérarchie triboélectrique spécifique aux matériaux. En se concentrant sur le polydiméthylsiloxane (PDMS), ils ont découvert que la surface des échantillons, influencée par leurs interactions passées, affecte leur comportement électrostatique. Cette recherche éclaire les mécanismes complexes de l’électricité statique.
La Magie de l’Électricité Statique : Une Nouvelle Perspective
Lorsque vous frottez un ballon sur vos cheveux, il acquiert généralement une charge négative, tandis que vos cheveux deviennent positifs. Cependant, une étude récente révèle que la charge électrique d’un objet peut être influencée par son passé. Le nombre de fois qu’un objet a interagi avec un autre détermine s’il devient chargé positivement ou négativement lors d’un nouveau contact, comme l’indiquent les chercheurs dans la revue Nature du 20 février.
Ce travail pourrait offrir une avancée significative dans la compréhension des mécanismes derrière l’électricité statique, un phénomène courant où la charge électrique s’accumule sur des matériaux après frottement ou contact. Bien que l’électricité statique soit une expérience quotidienne, les scientifiques peinent encore à saisir les détails du transfert de charge, essentiel pour des événements allant des orages aux processus de pollinisation. Selon le physicien Scott Waitukaitis de l’Institut des sciences et technologies d’Autriche (ISTA) à Klosterneuburg, « nous sommes dans le flou, un méga-flou, quant à ce qui se passe réellement ».
Une Étude Révolutionnaire des Matériaux
Les scientifiques peinent à déterminer ce qui est transféré entre les matériaux lors du contact. Cela pourrait être des électrons, des ions ou même de petites particules de matériau. De plus, la variabilité des résultats rend l’établissement de conclusions précises difficile. Pour surmonter ces défis, Waitukaitis et ses collègues ont concentré leur étude sur un seul type de matériau, le polydiméthylsiloxane (PDMS), en mesurant la charge échangée lors des contacts entre différents échantillons.
Initialement, le transfert de charge semblait aléatoire, mais les chercheurs ont finalement discerné un modèle. Un échantillon, ayant été en contact avec plusieurs autres, avait tendance à acquérir une charge négative lors d’un nouvel échange. Ils ont également mis en lumière la formation d’une série triboélectrique, une hiérarchie des matériaux déterminant lequel devient négatif ou positif après contact. Par exemple, un ballon acquiert généralement une charge négative au contact des cheveux, mais se charge positivement lorsqu’il touche du Téflon. Étonnamment, même différents morceaux de PDMS ont formé leur propre série triboélectrique, influencée par l’historique des contacts.
Les chercheurs ont minutieusement examiné les échantillons de PDMS pour identifier la cause de ce phénomène. Ils ont constaté que les échantillons ayant subi de nombreux contacts étaient plus lisses à des échelles nanométriques d’environ 10 nanomètres. Bien que les implications de cette découverte pour le mystère de l’électricité statique demeurent floues, cela clarifie certaines confusions antérieures. L’ingénieur chimiste Daniel Lacks de l’Université Case Western Reserve souligne que cette étude « aide à comprendre l’irréproducibilité précédente » en raison des différences subtiles dans la nanostructure des matériaux, même s’ils semblent identiques.
La découverte du physicien Juan Carlos Sobarzo, également de l’ISTA, est le fruit d’une détermination acharnée. Face à des expériences qui ne se déroulaient pas comme prévu, il a persévéré, répétant ses essais jusqu’à obtenir des résultats satisfaisants. Cela a conduit à la réalisation que la répétition était essentielle pour établir une série triboélectrique, soulignant l’importance de l’historique de contact. « Si je n’avais pas suivi mon instinct, nous aurions pu manquer l’importance de l’historique de contact », affirme-t-il. Sobarzo semble avoir eu le bon instinct pour percer ce mystère fascinant.