Les matériaux ont des propriétés très différentes. Une propriété mécanique caractérise le comportement d’un matériau soumis à des contraintes comme les chocs, les rayures, l’étirement, les déformations… On définit alors des propriétés comme, dureté, ductilité, élasticité, fragilité, malléabilité, résilience, rigidité. La connaissance des propriétés mécaniques des matériaux est essentielle à la conception et à la fabrication d’objets techniques afin qu’ils remplissent leur fonction principale.

L’élasticité se distingue par la capacité d’un matériau à se déformer sous une contrainte et à retrouver sa forme initiale lorsque cette contrainte se termine. Les caoutchoucs* présentent une telle capacité de déformation et peuvent aussi s’allonger de façon considérable.

Dans ses expositions sur les matériaux, Centre-Sciences a reproduit une expérience étonnante réalisée par le savant anglais John Gough en 1802 avec le caoutchouc.

D’après vous, que se passe-t-il lorsque l’on chauffe un élastique alors que celui-ci est soumis à une tension avec un poids ?

En général si on chauffe un solide, sa température augmente, son volume augmente plus ou moins fortement, on parle de dilatation. Si on le refroidit il y a contraction. Pour notre expérience lorsqu’on échauffe du caoutchouc tendu, il se contracte et peut par exemple soulever une masse !

Avec un poids de 500 g suspendu par l'élastique, la valeur indiquée est de 58 g. Après chauffage par la lampe la valeur passe à 56,8 g. L'élastique s'est rétracté !

Il a fallu attendre 1930 pour comprendre à l’échelle microscopique le phénomène. Le caoutchouc est un matériaux élastomères ayant de longues chaines flexibles. En fonction de la température, ces chaînes vont se « ranger » selon différentes configurations. Ce sont ces configurations qui expliquent le comportement de l’élastique. Si vous étirer brutalement un élastique ou un ballon en caoutchouc, les chaînes sont déformées et libèrent de l’énergie, l'élastique s’échauffe. Inversement lorsqu’il est étiré et chauffé, l’élastique va se raidir, les chaînes polymères absorbent l'énergie pour reprendre leur forme initiale, l'élastique se contracte.

Cette expérience contre-intuitive illustre un exemple de propriétés thermomécaniques des matériaux en lien avec leur architecture moléculaire.

* Le mot caoutchouc est né de l’union de deux mots indiens quechua « cao » et « tchu », qui ensemble signifient « bois qui pleure ». Le caoutchouc naturel provient de plantes laticifères comme Hevea Brasiliensis sur lesquelles est collecté le latex ou gomme brute qui est ensuite transformé par coagulation. Le caoutchouc est aussi un terme générique obtenu en mélangeant la gomme brute, des charges, des plastifiants.., ou encore le produit fini ou semi fini après un processus de vulcanisation. Le caoutchouc peut également être synthétique, dérivé du pétrole.

Crédit photo : Centre-Sciences

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