On peut comparer le caoutchouc chargé de nanoparticules à un bras de fer : la matrice polymère tire d'un côté, le réseau de nanoparticules de l'autre. Tant que les forces s'équilibrent, le matériau tient. Mais il suffit qu'un côté tire brusquement pour que la structure se déchire. C'est exactement cette secousse que les scientifiques ont observée dans un modèle informatique, en étirant un caoutchouc contenant des amas de nanoparticules.

On pensait auparavant que les cavités à l'intérieur du caoutchouc se développaient à partir de défauts microscopiques, comme un trou dans un vieux jean. Or, dans le modèle, il n'y avait pas de défauts, et pourtant des cavités apparaissaient quand même. La cause : sous l'effet de l'étirement, une pression négative apparaît dans la matrice polymère, comme si l'on tendait une corde à l'intérieur du matériau. En même temps, dans le réseau de particules, la pression devient positive, et c'est cet équilibre qui renforce le caoutchouc.

Sous un faible étirement, les particules peuvent encore se réorganiser et relâcher la contrainte. C'est un peu comme une foule dans un couloir étroit qui s'écarte légèrement pour laisser passer une personne. Mais sous un fort étirement, les particules s'alignent en bandes perpendiculaires à la direction de la déformation et perdent leur mobilité. Il se produit un blocage à nouveau, comme si la foule se heurtait à un mur. À cet instant, la pression locale augmente en flèche et une cavité se forme dans le matériau.

Dans le modèle, la pression à laquelle cela se produit était d'environ 4 MPa. Étonnamment, pour un caoutchouc réel chargé de noir de carbone, la valeur expérimentale est de 4,3 MPa : une quasi-coïncidence, bien que les systèmes soient différents. Cela suggère que le mécanisme est universel.

Le bilan nous ramène à la corde : le renforcement du caoutchouc et sa rupture ne sont pas deux processus distincts, mais les deux faces d'un même bras de fer. Si l'on parvient à contrôler le mouvement des particules, on peut retarder la rupture sans perdre en résistance. Pour les pneus et les joints d'étanchéité, cela signifie une durée de vie plus longue, sans compromis.