Le coefficient de Poisson traite de la façon dont l’étirement ou la compression d’un objet dans une direction le fait se comprimer ou s’étirer dans l’autre direction. Le rapport mesure l’étendue de cet effet dans une substance particulière. Cela peut varier considérablement, et le rapport peut même être négatif, généralement dans les substances artificielles.
La définition technique du coefficient de Poisson est le rapport de la déformation de contraction transversale à la déformation d’expansion longitudinale. Cela semble compliqué, mais décrit un effet assez simple. Pour l’imaginer, imaginez un morceau de caoutchouc, comme celui utilisé dans un élastique. Lorsque vous étirez la bande, elle devient à la fois plus étroite et plus longue. La relation entre ces deux changements est ce qui est mesuré par le coefficient de Poisson.
En réalité, le coefficient de Poisson s’applique en trois dimensions. Dans l’exemple de l’élastique, l’épaisseur de la bande étirée diminue également – c’est juste plus difficile à voir. Pour imaginer l’effet en trois dimensions, imaginez prendre un jouet pour animal de compagnie en forme de cube et presser deux côtés opposés. Le cube se contractera dans la direction entre ces deux côtés, mais se dilatera dans les deux autres directions.
Dans la plupart des cas, le coefficient de Poisson est positif, ce qui signifie qu’un matériau s’étire davantage dans une direction qu’il ne se contracte dans d’autres directions. Il y a quelques explications à cela, en utilisant différentes approches scientifiques. Une explication simple est que la plupart des matériaux résistent mieux à la compression qu’à l’étirement. Une explication plus compliquée est que les liaisons entre les atomes de la structure se réalignent au cours du processus d’étirement et de compression.
Dans la plupart des cas, le coefficient de Poisson d’un matériau sera compris entre 0 et 0.5. Parmi les matériaux courants, le caoutchouc a un coefficient de Poisson très proche de 0.5, alors que l’acier en a un de 0.3 et le liège est beaucoup plus proche de 0. C’est pourquoi les bouchons de vin sont en liège : il peut résister à la pression du goulot de la bouteille sans s’étirant verticalement et se coinçant en place.
Il est possible d’avoir un coefficient de Poisson négatif. Les matériaux présentant cette qualité sont appelés auxétiques. Avec de tels matériaux, les étirer dans une direction les fera s’étendre dans d’autres directions. On soupçonne que le tissu osseux vivant est un auxétique, bien que cela soit difficile à prouver. Il existe également plusieurs substances auxétiques artificielles, notamment les polymères utilisés dans les vêtements imperméables Gore-Tex.
Le coefficient de Poisson est utilisé de manière plus compliquée dans plusieurs domaines scientifiques. Lorsque vous pliez un objet dans une direction, le coefficient de Poisson affecte la façon dont l’objet se courbe dans la direction perpendiculaire. Le rapport affecte également la façon dont les ondes de contrainte se déplacent à travers des substances telles que la roche, ce qui signifie qu’il a des utilisations importantes en géologie.