Les grincements, étudiés au LAUM, à la une de Nature

En couverture du magazine Nature : les mécanismes physiques surprenants qui se cachent derrière… les grincements des baskets.
Pourquoi certaines chaussures grincent-elles autant sur un terrain ou un sol ?

Le LAUM, en collaboration avec l'université de Harvard, l'université de Nottingham et le Racah Institute of Physics, vient de mettre au jour les mécanismes acoustiques à l'origine de ce son quotidien, souvent gênant !

Ces travaux ont permis de comprendre ce phénomène physique, au point de pouvoir contrôler l'apparition ou la hauteur du son émis (ils ont même joué une chanson) et d'ajuster le coefficient de frottement en structurant le motif de la surface. Un pas de plus vers l'ingénierie du frottement et les métamatériaux.

Un phénomène physique inattendu

Le bruit de frottement, longuement étudié et connu, est généralement produit par un mécanisme dit d'"adhérence-glissement". Par exemple, lorsqu'un archet frotte une corde de violon, l'archet accroche la corde, puis glisse sur la corde. Ce phénomène se répète de nombreuse fois et très rapidement, produisant un son.

Mais lorsqu'une chaussure crisse sur un terrain, c'est un autre phénomène qui se produit, qui n'avait pas été observé auparavant. L'équipe de recherche a révélé que le son est produit par des "pulses de glissement" : des fronts rapides d’ouverture qui se structurent dans le temps et l’espace à l’interface des deux matériaux. Ces pulses, se déplaçant à des vitesses soniques (environ 80 m/s pour le caoutchouc sur verre), génèrent des vibrations à des fréquences précises, directement liées au son perçu.

Des nervures au rôle fondamental

Ces pulses ont pu être observés par des mesures combinant imagerie ultra-rapide et réflexion optique interne totale. Ils et elles ont pu comparer le mouvement de différents blocs de silicone sur du verre, mettant en évidence que ce phéonmène de pulse est produit par la présence des nervure à la surface de la semelle. 

Contre toute attente, ce qui fixe la hauteur du son produit, ce n'est pas la dimension des nervures, mais la hauteur du bloc. En ajustant cette hauteur, ils ont même pu jouer un air de musique.

Perspectives pour l’ingénierie et autres domaines

Ce mécanisme, validé avec divers matériaux mous, ouvre des perspectives pour concevoir des surfaces fonctionnelles, que ce soit pour supprimer les grincements indésirables ou pour créer des sons contrôlés, avec des applications potentielles en ingénierie, en détection, ou même en géophysique pour mieux comprendre les dynamiques de rupture.

Ressources

• Le phénomène expliqué en vidéo (et en anglais)
• Lire l'article sur le site de Nature
• La revue de presse internationale
• Le résumé sur le site du CNRS

A. Djellouli, G. Albertini, J. Wilt, V. Tournat, D. Weitz, S. Rubinstein, K. Bertoldi, « Squeaking at soft–rigid frictional interfaces », Nature 650, pages 891–897 (2026).