Une étude révèle que la matière active et les écoulements de cisaillement partagent des comportements d’amincissement

Selon une étude publiée dans Actes de l’Académie nationale des sciencesune équipe de recherche dirigée par le professeur Xu Ning de l’Université des sciences et technologies de Chine (USTC) a découvert que la matière active et les flux de cisaillement partagent des comportements d’amincissement similaires dans les forces d’autopropulsion et de cisaillement.

Les substances actives peuvent se déplacer spontanément en consommant leur propre énergie ou celle de l’environnement, les organismes biologiques en étant les représentants typiques. Les substances actives étant des systèmes hors équilibre, un grand nombre d’individus de substances actives se rassemblant vont présenter des comportements de mouvement collectif très riches et particuliers, ce qui est actuellement un sujet d’actualité dans de nombreuses disciplines connexes.

L’équipe a proposé un nouveau point de vue selon lequel le comportement du mouvement collectif de la matière active était similaire à celui des systèmes cisaillés. Malgré des différences significatives dans les méthodes d’apport d’énergie entre la matière active et les systèmes cisaillés, l’équipe a été parmi les premières au niveau international à comparer les deux systèmes, trouvant des preuves directes de corrélations potentielles.

L’équipe a découvert que les changements de viscosité dans la matière active avec la force active ressemblaient à ceux dans les systèmes cisaillés avec contrainte de cisaillement, tous deux provenant du micromécanisme de rupture des amas de particules en percolation ; et que plus les amas se brisaient rapidement, plus la viscosité chutait de façon spectaculaire.

Pour les fluides newtoniens ordinaires, l’action de cisaillement a seulement provoqué une tendance des molécules à s’aligner le long de la direction de l’écoulement de cisaillement, formant des amas percolants qui restent stables ; ainsi, la viscosité n’est pas affectée par la contrainte de cisaillement.

Cependant, l’ajout de matière active a changé la donne. La direction de la force active pouvant dévier de manière aléatoire, la matière active a pu briser les amas percolants, ce qui a entraîné une diminution de la viscosité de la solution.

Ce travail offre une explication possible aux phénomènes de type « superfluide » causés par E. coli et confirme davantage les preuves de liens potentiels entre la matière active et les systèmes cisaillés.