Un même matériau peut-il réagir différemment selon l’ordre dans lequel on le sollicite ?

Certains matériaux ne gardent pas seulement la trace de ce qu’ils ont subi, mais aussi de la manière dont cela s’est produit. C’est ce que montre cette étude consacrée à des matériaux dits « frustrés », c’est-à-dire soumis à des contraintes incompatibles qui les empêchent d’adopter une configuration unique. Dans ces systèmes, le chemin suivi compte autant que le point d’arrivée.

Les chercheurs ont étudié un métamatériau mécanique composé d’éléments élastiques couplés, capables de basculer entre plusieurs états stables. Ils lui appliquent des compressions locales, successivement, à différents endroits. Et l’ordre de ces compressions change le résultat : solliciter d’abord une zone A puis une zone B ne mène pas forcément au même état que faire l’inverse.

Le matériau garde donc une forme de mémoire de ce qu’il a subi. On peut comparer ce comportement à une serrure à combinaison : les mêmes gestes ne produisent pas le même effet s’ils ne sont pas réalisés dans le bon ordre. En physique, on parle ici de comportement « non abélien ».

L’étude montre aussi que cette mémoire peut être décrite de façon très structurée. Les différents états du matériau et les transitions entre eux peuvent être représentés sous forme de graphes, un peu comme une carte des chemins possibles. En simplifiant encore cette description, les chercheurs retrouvent une logique proche de celle d’un circuit séquentiel : la réponse présente ne dépend pas seulement de l’entrée actuelle, mais aussi de l’histoire des entrées précédentes.

Autre résultat intéressant : un même échantillon peut changer de comportement selon l’intensité des sollicitations appliquées. Certaines réponses peuvent même être reprogrammées par de nouvelles séquences mécaniques. Les chercheurs observent enfin que le nombre de cycles nécessaires pour atteindre un régime stable dépend du sens dans lequel les sollicitations sont enchaînées.

Ces travaux ne proposent pas encore un ordinateur mécanique prêt à l’emploi. Ils montrent plutôt comment exploiter la mémoire propre de matériaux complexes pour traiter de l’information. À terme, ce type d’approche pourrait inspirer des matériaux capables d’associer, dans une même structure, déformation, mémoire et calcul.