Des scientifiques dirigés par le Dr Abram Clark de l’université de Duke et de l’université de Yale ont mis au point une nouvelle technique qui leur a permis de simuler avec précision des impacts de météorites à grande vitesse.
Cette image montre un astéroïde percutant la Terre. Crédit photo : Don Davis / NASA.
Pour simuler le choc d’une météorite sur le sol ou le sable, le Dr Clark et ses collègues du département de physique et du centre des systèmes complexes et non linéaires de l’université de Duke, ainsi que du département des sciences mathématiques de l’institut technologique du New Jersey, ont lâché un projectile métallique à pointe arrondie depuis un plafond de deux mètres de haut dans une fosse de billes.
Lors de la collision, l’énergie cinétique du projectile est transférée aux billes et se dissipe lorsqu’elles s’entrechoquent sous la surface, absorbant la force de la collision.
Pour visualiser ces forces lorsqu’elles s’éloignent du point d’impact, les scientifiques ont utilisé des billes faites d’un plastique transparent qui transmet différemment la lumière lorsqu’il est comprimé.
Lorsqu’on les regarde à travers des filtres polarisants comme ceux utilisés dans les lunettes de soleil, les zones de plus grande tension apparaissent comme des chaînes de lumière ramifiées appelées “chaînes de force” qui se déplacent d’une bille à l’autre pendant l’impact, un peu comme des éclairs qui serpentent dans le ciel.
Le projectile métallique est tombé dans les billes à une vitesse de 15 miles par heure (6 m par seconde). Mais en utilisant des billes de dureté variable, ils ont pu générer des impulsions qui ont traversé les billes à des vitesses allant de 67 à 670 miles par heure.
Images d’une vidéo d’un objet métallique heurtant un lit de sol artificiel ; montrées à des vitesses d’impact lente (en haut), moyenne (au milieu) et élevée, les forces d’impact changeantes éclairées dans chaque image aident à expliquer pourquoi le sol et le sable deviennent plus forts lorsqu’ils sont frappés plus fort. Crédit image : Abram Clark.
Chaque impact était trop rapide pour être vu à l’œil nu, ils l’ont donc enregistré avec une caméra vidéo qui prend jusqu’à 40 000 images par seconde.
Lorsqu’ils l’ont visionné au ralenti, ils ont constaté que le réseau ramifié de chaînes de force enfouies dans les billes variait considérablement en fonction de la vitesse de frappe.
À faible vitesse, un réseau clairsemé de billes supporte l’essentiel de la force”, a déclaré le professeur Robert Behringer de l’université de Duke, co-auteur de l’étude publiée dans le numéro de décembre 2009 de la revue “The World”. Physical Review Letters.
“Mais à des vitesses plus élevées, les chaînes de force deviennent plus étendues, ce qui fait que l’énergie de l’impact s’éloigne du point d’impact beaucoup plus rapidement que ne le prévoyaient les modèles précédents.”
De nouveaux contacts se forment entre les billes à grande vitesse lorsqu’elles sont pressées les unes contre les autres, ce qui renforce le matériau.