Concept

Structure de Weaire-Phelan

Résumé
En géométrie, la structure de Weaire–Phelan est une structure tridimensionnelle représentant la structure idéale d'une mousse de bulles d'égal volume. Ce réseau est constitué de polyèdres à faces courbes. En 1993, le physicien du Trinity College (Dublin) et son élève Robert Phelan ont découvert grâce à des simulations informatiques que cette structure consistait en une meilleure solution du problème de Kelvin que la solution précédemment connue, la structure de Kelvin. thumb|Mousse polyédrique constituée de bulles en forme d'octaèdre tronqué. Conjecture de Kelvin En 1887, Lord Kelvin s'est interrogé sur la manière de partitionner l'espace en cellules d'égal volume telles que l'aire de leur frontière soit la plus faible possible. Ce problème est depuis désigné sous le nom de problème de Kelvin. Kelvin a proposé comme solution un réseau basé l'octaèdre tronqué, réseau aujourd'hui connu sous le nom de structure de Kelvin. Ce polyèdre à 14 faces (8 faces hexagonales et 6 carrées) permet un pavage de l'espace. Pour se conformer aux conditions de Plateau qui expriment les conditions nécessaires que doit remplir une surface minimale du réseau, les faces hexagonales de la structure doivent être légèrement incurvées. La conjecture de Kelvin énonce que la structure de Kelvin est la meilleure solution au problème de Kelvin. Cette conjecture a longtemps été considérée comme juste, et aucun contre-exemple n'a été trouvé durant plus de cent ans, jusqu'à la découverte de la structure de Weaire–Phelan. La structure de Weaire–Phelan diffère de celle Kelvin dans le fait qu'elle utilise deux types de cellules, bien que les deux aient le même volume. Il s'agit de polyèdres déformés par gauchissement de leurs faces. Le premier type de cellule est le dodécaèdre régulier, de faces pentagonales, qui présente une symétrie tétraédrique (T). Le second type est un tétrakaidécaèdre irrégulier, le , qui possède deux faces hexagonales et douze pentagonales, et présente une symétrie antiprismatique (D).
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