Les scientifiques ont résolu le mystère du ruban adhésif Scotch qui grince
Le ruban adhésif Scotch est un produit de base dans les foyers depuis près d’un siècle, mais il recèle encore quelques surprises scientifiques. Des chercheurs ont découvert que le grincement émis lorsqu’on décolle rapidement du ruban adhésif Scotch, semblable au grincement des ongles sur un tableau noir, est le résultat d’ondes de choc produites par des microfissures se propageant le long du ruban à des vitesses supersoniques, selon un nouvel article publié dans la revue Physical Review E.
C’est un ingénieur de 3M nommé Richard Drew qui a développé le premier ruban adhésif transparent en 1930. L’impulsion est venue de la fabrication automobile, plus précisément des designs bicolores, où les adhésifs utilisés étaient si collants qu’ils enlevaient souvent la peinture lors du décollement; la peinture devait ensuite être retouchée manuellement. Drew a trouvé un adhésif de papier de verre avec juste la bonne quantité de collant et l’a utilisé pour enduire un rouleau de ruban de cellophane. Drew a également co-inventé le distributeur en forme d’escargot pour le ruban avec son collègue de 3M, John Borden. Le ruban a connu un énorme succès pendant la Grande Dépression; les consommateurs l’utilisaient pour réparer des objets du quotidien plutôt que de les remplacer. Cette popularité ne s’est jamais démentie.
Le ruban adhésif Scotch a également suscité un intérêt considérable parmi les physiciens. Dès 1939, des scientifiques ont remarqué que le décollement du ruban pouvait produire de la lumière, plus précisément une ligne lumineuse là où l’extrémité du ruban se détache du rouleau. Le phénomène a été enregistré pour la première fois au 17e siècle et est connu sous le nom de triboluminescence: la génération de lumière lorsqu’un matériau est écrasé, déchiré, frotté ou gratté. Les diamants, par exemple, brillent parfois en bleu ou en rouge pendant le processus de taille, tandis que les céramiques émettent une lumière jaune-orange lorsqu’elles sont coupées par des jets d’eau abrasifs.
L’exemple le plus populaire est celui des bonbons Life Savers Wint-O-Green: écrasez le bonbon dans un placard sombre et vous pouvez voir les étincelles produites. Ce sont les cristaux de sucre qui produisent l’effet: l’action d’écrasement arrache des électrons aux molécules, qui sautent vers le côté chargé plus positivement. Les électrons qui sautent entrent en collision avec les atomes d’azote dans l’air, qui absorbent brièvement l’énergie puis émettent de la lumière UV. L’effet est rendu visible par l’huile de wintergreen utilisée pour l’aromatisation, c’est-à-dire le salicylate de méthyle fluorescent, qui absorbe la lumière UV et la convertit en lumière bleue.
En 1953, des scientifiques russes décollant du ruban adhésif Scotch dans le vide ont signalé avoir détecté des électrons avec une énergie suffisante pour émettre des rayons X. D’autres scientifiques étaient sceptiques, mais ce phénomène a finalement été confirmé en 2008, lorsque des physiciens de l’UCLA ont produit des rayons X en déroulant un rouleau de ruban adhésif Scotch dans une chambre à vide. L’objectif était d’exploiter la triboluminescence pour l’imagerie par rayons X, et l’équipe a produit une image radiographique de faible qualité du doigt d’un membre du laboratoire. Heureusement, cela ne fonctionne que dans un vide parfait, les utilisateurs quotidiens de ruban adhésif Scotch sont donc en sécurité.
Un choc pour le système
Le décollement du ruban adhésif Scotch produit du son ainsi que de la lumière, généralement attribué au mécanisme de glissement-adhérence en jeu pendant le processus de décollement. En 2010, le coauteur Sigurdur Thoroddsen de l’Université King Abdullah en Arabie Saoudite et ses collègues ont utilisé l’imagerie ultra-rapide pour identifier un phénomène crucial de microfracture du mécanisme de glissement: une séquence de fissures transversales qui se déplacent sur la largeur de l’adhésif à des vitesses supersoniques. Une étude de suivi de 2024 a trouvé une correspondance directe entre le grincement et ces fissures transversales, mais n’a pas identifié de mécanisme.
C’est le but de cette dernière étude. Thoroddsen et ses collègues se sont demandé si le son était directement généré par la pointe d’une fissure se déplaçant rapidement, ce qui produirait également les impulsions d’ondes sonores discrètes distinctives associées au décollement du ruban adhésif Scotch. Les auteurs ont testé expérimentalement leur hypothèse en réalisant simultanément une imagerie à haute vitesse des fractures se propageant et des ondes sonores voyageant dans l’air. Ils ont décollé manuellement du ruban adhésif Scotch à l’aide d’une tige métallique, capturant les fissures avec deux caméras vidéo et le son avec deux microphones synchronisés avec la caméra vidéo, afin de mieux localiser l’origine des impulsions de pression.
Leurs résultats ont montré que le grincement provient d’une série de chocs faibles qui culminent lorsque les fissures transversales atteignent le bord du ruban. La vitesse supersonique à laquelle elles se déplacent, par rapport à l’air environnant, est cruciale pour la génération de ces ondes de choc. Un vide partiel se produit entre le ruban et le solide lorsque la fissure s’ouvre, ont expliqué les auteurs. La fissure se déplace trop rapidement pour que ce vide soit immédiatement comblé, même si l’air est aspiré depuis la direction perpendiculaire à la fissure. Le vide se déplace donc avec la fissure jusqu’à ce qu’il atteigne l’extrémité du ruban et s’effondre dans l’air stationnaire à l’extérieur. Chaque fois qu’une pointe de fracture atteint le bord du ruban, elle génère une impulsion sonore, d’où le grincement révélateur.
