La Physique de la Matière Molle: De l'Écoulement du Dentifrice à l'Expérience Centenaire de la Goutte de Poix

L'action quotidienne de presser un tube de dentifrice illustre des principes fondamentaux de la physique, notamment la réaction des matériaux aux sollicitations mécaniques. Contrairement à la dichotomie simple entre solides et liquides, le dentifrice manifeste des propriétés duales: il s'écoule sous pression tout en conservant une forme définie au repos. Cette dualité caractérise la matière molle, une classe de matériaux incluant gels et crèmes, dont le comportement est à la fois solide et liquide.

La clé de ce comportement réside dans la structure interne de ces composés, qui sont des suspensions de macromolécules allongées ou de gouttelettes volumineuses au sein d'un fluide porteur. Ces architectures sont maintenues par des forces intermoléculaires faibles, ce qui leur confère une grande adaptabilité face aux contraintes externes. La réponse du matériau est intimement liée à l'intensité de la force exercée et à l'échelle de temps de cette contrainte. Une pression soudaine permet au dentifrice de s'écouler rapidement car le réseau structurel interne se réarrange et se reforme promptement. L'étude de cette dépendance au temps et à la force est le domaine de la rhéologie, la science qui analyse la déformation et l'écoulement des matériaux sous contrainte.

Ce concept trouve un écho dans l'Expérience de la Goutte de Poix, initiée en 1927 par le professeur Thomas Parnell à l'Université du Queensland, à Brisbane, en Australie. L'objectif initial était de prouver que le bitume, ou poix, bien qu'apparaissant solide, est en réalité un fluide doté d'une viscosité extrêmement élevée. Le protocole expérimental, considéré comme la plus longue démonstration de laboratoire en continu au monde selon le Livre Guinness des records, implique de laisser reposer un échantillon de poix chaude dans un entonnoir scellé pendant trois années. Ce n'est qu'en 1930 que le scellement fut retiré, permettant à la poix de commencer son écoulement, un processus si lent qu'une goutte ne tomba qu'après huit années.

La viscosité dynamique de cette poix a été estimée à environ 2,3 × 10^8 Pascal-seconde (Pa·s) dans une publication de 1984, bien que des estimations plus récentes indiquent 2,3 × 10^11 Pa·s. Depuis le début de l'expérience, seulement neuf gouttes sont tombées, la dernière ayant été observée en avril 2014. L'expérience, réhabilitée après le décès de Parnell en 1954 par John Mainstone, le deuxième gardien, est actuellement supervisée par le Professeur Andrew White, le troisième conservateur. Ce dernier anticipe la chute de la dixième goutte au cours de la fin des années 2020. Depuis 1988, les conditions environnementales sont stabilisées par une climatisation pour maintenir une température constante, réduisant la variabilité des chutes qui se produisaient auparavant tous les 7 à 13 ans.

La recherche dans le domaine de la rhéologie et de la matière molle demeure un champ d'étude pertinent, comme en témoignent les événements académiques tels que le séminaire 'Future of Rheology' prévu pour janvier 2026. Des chercheurs continuent d'explorer la matière molle, dont l'étude est essentielle pour des applications allant de l'agroalimentaire au biomédical. La compréhension des matériaux du quotidien, du shampooing dont les molécules s'alignent pour faciliter l'écoulement, révèle un chapitre complexe de la physique moderne, axé sur l'équilibre entre la structure interne et la capacité d'écoulement.