Mise en évidence d’une relaxation thermo-mécanique dans un liquide après cisaillement
Résumé
Il est communément admis que les ondes de cisaillement ne se propagent pas dans un milieu liquide. L’énergie des ondes de cisaillement est supposée se dissiper presque instantanément. Pourtant, de récents travaux expérimentaux et théoriques montrent que les liquides peuvent pro-pager les ondes de cisaillement, comme le font les solides, mais à l’échelle confinée. Nous nous proposons d’explorer une des propriétés "de l’état solide" les plus remarquables : la thermoélasticité. L’effet thermo-élastique découvert par Joule et décrit par Kelvin, reflète la capacité d’un solide à convertir une déformation en variation de température et vice-versa. En confinant un liquide (glycérol) entre deux surfaces mouillantes séparées à l’échelle sub-millimétrique et en le soumettant à une soudaine déformation en cisaillement (fonction échelon), nous mettons en évidence une réponse thermique quasi-instantanée du liquide; une zone chaude et une zone froide apparaissent, symétriques en amplitude, et relaxant de manière complémentaire, en l’absence d’apport d’énergie. Cette relaxation thermique se compose d’une réponse échelon-née de type second ordre, suivie d’une deuxième phase (longue) de relaxation, qui est décrite par une décroissance exponentielle étirée ΔΤ=ΔΤ$_{max}$($e^{-t/\tau})^β$ définissant un temps de relaxation thermique de plusieurs secondes (figure). Les changements thermiques et la longue relaxation thermique mettent en évidence la capacité du liquide à convertir l’énergie de déformation en états thermodynamiques se compensant de manière adiabatique. Les effets thermiques dépendent presque linéairement de l’amplitude de la déformation, accréditant l’hypothèse d’une propagation d’onde de cisaillement (corrélations élastiques) s’étendant jusqu’à plusieurs centaines de microns. Ce nouvel effet physique dévoile un comportement collectif en accord avec l’existence de corrélations à longue distance, c’est-à-dire en termes de propriétés phononiques sous-jacentes.
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