Pourquoi il est plus facile de couper que de déchirer les élastomères

Découper des matériaux mous et résistants comme le caoutchouc, le cuir ou même la viande, s’avère plus facile avec une lame tranchante que par simple déchirure, même si celle-ci est amorcée par une entaille. Des chercheurs du laboratoire SIMM [1] de l’ESPCI Paris – PSL révèlent le mécanisme à l’origine de ce phénomène : la coupe réduit considérablement la déformation et les dommages moléculaires au sein des matériaux mous. Leurs travaux viennent d’être publiés dans la revue Nature Communcations [2].

Lorsqu’un matériau mou est soumis à une force, il subit d’importantes déformations près de la pointe de la fissure, un phénomène appelé émoussement. Cette déformation induit la rupture d’un grand nombre de liaisons moléculaires, nécessitant beaucoup d’énergie pour propager une fissure par déchirure. A contrario, utiliser une lame réduit nettement l’émoussement en localisant la déformation sur une zone restreinte, limitant ainsi les dégâts au réseau moléculaire.





Pour explorer ce phénomène, les scientifiques ont utilisé du polydiméthylsiloxane (PDMS), un élastomère incorporant des molécules fluorescentes sensibles à la force mécanique (mécanophores). Lorsqu’une liaison chimique est rompue, ces molécules fluorescentes s’activent, permettant de quantifier précisément les dommages moléculaires causés par la coupe ou la déchirure.

Les résultats révèlent que lorsque le PDMS est découpé avec une lame en présence d’un pré-étirement modéré, l’énergie nécessaire pour étendre la fissure est sensiblement réduite par rapport à la déchirure pure. Concrètement, l’utilisation d’une lame diminue par deux le nombre moyen de couches moléculaires rompues, réduisant ainsi l’énergie totale nécessaire.

Ces observations ouvrent des perspectives concrètes pour la conception de matériaux capables de résister différemment aux déchirures et aux coupes, selon les besoins spécifiques des applications industrielles. Les domaines potentiels d’utilisation incluent les dispositifs médicaux, l’équipement sportif, les systèmes de protection individuelle et même l’industrie alimentaire, où une coupe précise avec peu de dégâts internes est cruciale pour maintenir l’intégrité des produits.

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Contact
Communication scientifique de l’ESPCI Paris – PSL :

Référence
Zhao, D., Cartier, A., Narita, T. et al. Why cutting is easier than tearing elastomers. Nat Commun 16, 3203 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-58483-1

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