Une plongée au cœur de la matière et des matériaux

Ce que l’on nomme « matière molle » englobe un large éventail de matériaux tels que les cristaux liquides, les gels, les mousses et les polymères. On peut y inclure les matériaux granulaires. Contrairement aux liquides ordinaires, tous ces matériaux présentent des propriétés physiques uniques qui résultent de l’organisation des molécules à une échelle plus grande que l’échelle atomique. Par exemple, les cristaux liquides, largement utilisés dans les écrans de nos appareils électroniques, ont des propriétés optiques et électriques remarquables. Les gels, également remarquables, sont extrêmement déformables, peuvent contenir des substances pouvant être relarguées et même, dans certains cas, changer de forme en réponse à des stimuli externes, ce qui ouvre la voie à des applications dans des domaines aussi variés que la biomédecine et la robotique.

De nouveaux matériaux ont été découverts ou sont fabriqués en laboratoire et présentent des propriétés physiques inhabituelles. L’un des exemples les plus connus est le graphène, une feuille monoatomique de carbone qui possède une conductivité électrique exceptionnelle. Le graphène a suscité un vif intérêt en raison de son potentiel dans les domaines de l’électronique, de l’énergie et des matériaux composites. Autre exemple, les métamatériaux sont des structures artificielles conçues pour présenter des propriétés optiques ou électromagnétiques inhabituelles, souvent difficiles à trouver dans les matériaux naturels. Un fort volet théorique est par ailleurs développé pour concevoir au moyen de simulations numériques des matériaux ayant telle ou telle propriété.

La « matière active » est un autre champ de recherche en physique macroscopique. Il regroupe des systèmes où des éléments individuels (atomes, molécules, organismes vivants, robots…) peuvent bouger et interagir entre eux. Leur comportement collectif, ordonné, émerge des interactions locales plutôt que d’une force externe. Un bon exemple est celui d’un essaim d’oiseaux en vol ou d’un banc de poissons en mouvement coordonné. Ces systèmes sont étudiés dans divers domaines et ont des applications dans la modélisation du comportement des foules, dans l’auto-assemblage, et dans le développement de robots pouvant interagir avec les humains (robotique sociale).

Laissez-vous surprendre par le domaine de la matière et des matériaux en parcourant les images et les vidéos réalisées dans les laboratoires du CNRS.

Mots clés : matière, matériaux, matière molle, matière active, graphène, métamatériaux, material design