Les chercheurs ont mis au point une méthode pour manipuler la friction électronique (une force persistante au sein des matériaux même sur des surfaces parfaitement lisses), ouvrant potentiellement la voie à des technologies plus efficaces et plus durables. Alors que la friction traditionnelle est abordée avec des lubrifiants et l’ingénierie de surface, cette force nouvellement contrôlable provient des interactions entre les électrons au sein des matériaux eux-mêmes.
Le problème de la friction « invisible »
La friction est une force fondamentale opposée au mouvement, essentielle pour les actions quotidiennes comme marcher ou frapper une allumette. Dans les machines, c’est une source importante de perte d’énergie et d’usure. Les approches conventionnelles se concentrent sur la minimisation de la friction mécanique , mais même avec une surface parfaitement lisse, la friction électronique demeure. Cela se produit parce que les électrons dans les matériaux interagissent lorsqu’ils se déplacent, dissipant l’énergie quelle que soit la lubrification. Le défi est que ce frottement « caché » continue d’exister même lorsque le frottement mécanique est négligeable.
Un nouveau dispositif permet un contrôle électronique du frottement
Une équipe dirigée par Zhiping Xu de l’Université Tsinghua en Chine a construit un dispositif utilisant du graphite et un semi-conducteur (soit molybdène/soufre, soit bore/azote). Ces matériaux sont par nature de bons lubrifiants solides, ce qui signifie que la friction mécanique entre eux est presque inexistante. Cette configuration a permis aux chercheurs d’isoler et d’étudier la friction électronique. Ils ont découvert que même lors d’un glissement mécanique parfait, le mouvement remue les électrons, créant une perte d’énergie.
Deux méthodes pour contrôler la force
L’équipe a démontré deux façons de manipuler cette friction électronique :
- Application d’une pression : Cela force les électrons entre les couches à partager des états, réduisant ainsi les interactions coûteuses en énergie.
- Application d’une « tension de polarisation » : Cela régule le degré de perturbation de la mer d’électrons, contrôlant ainsi efficacement le niveau de friction.
Ils ont encore affiné le contrôle en modifiant la tension entre différentes parties de l’appareil, permettant des ajustements précis plutôt qu’un simple interrupteur marche/arrêt.
Pourquoi c’est important
La première observation du frottement électronique remonte à 1998, lorsque les chercheurs ont remarqué sa disparition dans les supraconducteurs à des températures extrêmement basses. Depuis lors, le domaine a cherché des moyens de le contrôler sans remplacement de matériaux ni lubrifiants supplémentaires. L’objectif ultime, selon Jacqueline Krim de l’Université d’État de Caroline du Nord, est de contrôler à distance et en temps réel la friction, comme si vous ajustiez l’adhérence d’une chaussure à la demande.
Implications futures
Bien qu’un modèle mathématique complet reliant tous les types de friction soit encore en cours de développement, Xu estime que ces résultats sont prometteurs pour les applications dans lesquelles la friction électronique domine le gaspillage d’énergie ou l’usure. Cette recherche pourrait à terme conduire à des dispositifs ayant une durée de vie considérablement prolongée et une consommation d’énergie réduite en s’attaquant à une source d’inefficacité auparavant incontrôlable.
La capacité de manipuler la friction électronique représente une étape importante vers des technologies plus efficaces, susceptible d’avoir un impact sur les industries allant de la fabrication à l’électronique grand public.
