Anthony Raykh et ses collègues ont découvert que les particules fortement magnétisées peuvent modifier les lois de la thermodynamique. Crédit : Anthony Raykh/UMass Amherst 
Francisco Martín León Meteored Espagne 07/04/2025 16:00 5 min
Une équipe de chercheurs dirigée par un étudiant diplômé en physique de l’université du Massachusetts Amherst a fait la découverte surprenante de ce qu’ils appellent un « liquide qui reprend sa forme », défiant ainsi certaines attentes de longue date dérivées des lois de la thermodynamique.
La recherche, publiée dans Nature Physics, décrit un mélange d’huile, d’eau et de particules magnétisées qui, lorsqu’il est agité, se sépare toujours rapidement en ce qui ressemble aux lignes curvilignes classiques d’une urne grecque.
« Imaginez votre vinaigrette italienne préférée », explique Thomas Russell, professeur émérite Silvio O. Conte en sciences et ingénierie des polymères à UMass Amherst et l’un des principaux auteurs de l’article.
« Elle est composée d’huile, d’eau et d’épices, et avant de la verser dans la salade, vous la secouez pour mélanger tous les ingrédients ».
Ce sont ces épices, ces petits morceaux d’autre chose, qui permettent à l’eau et à l’huile, qui s’excluent normalement l’une l’autre, de se mélanger, un processus appelé émulsification, qui est décrit par les lois de la thermodynamique.
Un liquide qui garde sa forme
L’émulsification est à la base d’un large éventail de technologies et d’applications qui vont bien au-delà des condiments. Un jour, Anthony Raykh, étudiant diplômé de l’UMass Amherst, s’est retrouvé au laboratoire pour mélanger un lot de cette « sauce salade » scientifique afin de voir ce qu’il pouvait créer, sauf qu’au lieu d’épices, il a utilisé des particules de nickel magnétisées, « parce qu’il est possible de concevoir toutes sortes de matériaux intéressants dotés de propriétés utiles lorsqu’un fluide contient des particules magnétiques », explique Raykh.
Il a préparé son mélange, l’a secoué et, à la surprise générale, le mélange a pris cette belle forme d’urne immaculée. Peu importe le nombre de fois ou la force avec laquelle il la secouait, l’urne reprenait toujours sa forme initiale.
Raykh et ses collègues ont découvert que les particules fortement magnétisées peuvent modifier les lois de la thermodynamique. Crédit : UMass Amherst
Je me suis dit : « Qu’est-ce que c’est que ça ? J’ai donc parcouru les couloirs du département des sciences et de l’ingénierie des polymères, frappant aux portes de mes professeurs et leur demandant s’ils savaient ce qui se passait », poursuit Raykh. Personne ne le savait. Mais Russell et David Hoagland, professeur de science et d’ingénierie des polymères à UMass Amherst, l’autre auteur principal de l’article et un spécialiste des matériaux souples, ont eu vent de l’affaire.
L’équipe a mené des expériences et a contacté des collègues des universités de Tufts et de Syracuse pour créer des simulations. Ensemble, ils ont déterminé que le magnétisme, le magnétisme « fort », expliquait le phénomène inexpliqué découvert par Raykh.
« En examinant de près les nanoparticules de nickel magnétisées qui forment la barrière entre l’eau et l’huile », explique M. Hoagland, » on peut obtenir des informations extrêmement détaillées sur la façon dont les différentes formes s’assemblent. Dans ce cas, les particules sont magnétisées si fortement que leur assemblage interfère avec le processus d’émulsification, décrit par les lois de la thermodynamique.
Normalement, les particules ajoutées à un mélange d’huile et d’eau réduisent la tension à l’interface entre les deux liquides, ce qui leur permet de se mélanger. Cependant, de manière inattendue, des particules suffisamment magnétiques augmentent la tension interfaciale, courbant la frontière entre l’huile et l’eau en une courbe élégante.
« Lorsque vous voyez quelque chose qui ne devrait pas être possible, vous devez enquêter », dit Russell.
Bien qu’il n’y ait pas encore d’application pour sa nouvelle découverte, Raykh est impatient de voir comment cet état inédit peut influencer le domaine de la physique des matières molles.
Référence de l’article :
Anthony Raykh et al, Shape-recovering liquids, Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02865-1