Univ. Paris-Saclay

Service de Physique de l'Etat Condensé

Systèmes complexes et fracture - Nano-Objets et Systèmes Complexes
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Systèmes complexes et fracture - Nano-Objets et Systèmes Complexes

(a) Visualisation en temps réel, par AFM, de la propagation d'un front de fissure à la surface d'un verre de silice cassé en corrosion sous contrainte (vitesse de rupture: 30 picomètre par seconde). (b) Surface de rupture observée par AFM après rupture complète de l'échantillon.

Sujets d'étude

Les études menées dans le groupe visent à comprendre et décrire les relations entre la microstructure d'un matériau et ses propriétés mécaniques comme ses propriétés de rupture par exemple. La concentration des contraintes autour des défauts et imperfections rendent celles-ci très sensibles au désordre de microstructure à une échelle relativement fine et rendent caduques toutes les méthodes d'homogénéisation classiques visant - pour calculer la ténacité ou la durée de vie d'un matériau - à le remplacer par un "matériau effectif" dont les propriétés seraient une moyenne de celle des différents éléments de microstructure qui le composent. Néanmoins, certains concepts issus de la physique statistique semblent être pertinents et permettre de prédire certains de ces comportements. Les recherches menées dans le groupe visent à mettre au point ces descriptions statistiques et les valider en les confrontant à des expériences modèles. Dans le même esprit, nous cherchons à comprendre comment relier la rhéologie des écoulements plastiques dans les matériaux désordonnés (verres d'oxyde et milieux granulaires par exemple) au comportement des constituants microscopiques au travers de descriptions statistiques.

 
Systèmes complexes et fracture - Nano-Objets et Systèmes Complexes

(a) Dispositif expérimental permettant d'étudier la propagation rapide (jusqu'à ~1000 m/s) d'un front de fissure dans un matériau désordonné. (b) Profil de vitesse de fissuration en fonction de la longueur instantanée de la fissure dans un bloc de Plexiglas® (c) Profil d'énergie dissipée en fonction de la longueur instantanée de la fissure dans un bloc de Plexiglas®.

Techniques utilisées:
Les outils théoriques utilisés ou développés dans le groupe pour décrire la rupture des matériaux désordonnés combinent outils issus de la Physique Statistique hors-équilibre (propagation d'interfaces en milieu aléatoire, réseau de fusible aléatoire...) et outils issus de la Mécanique des Milieux Continus (Elements Finis, Mécanique de la rupture...). Différents dispositifs expérimentaux ont été mis en place dans le groupe et permettent :

  • de suivre in-situ la propagation ultra-lente (vitesses allant du picomètre par seconde au nanomètre par seconde) d'un front de fissure à la surface d'échantillon de verre à l'échelle de sa microstructure, le nanomètre.
  • de suivre la propagation rapide (jusquà quelques kilomètre par seconde) d'un front de fissure dans différents matériaux fragiles désordonnés (verres d'oxide, verres polymériques et roches)

DU côté expérimental, plusieurs outils profilométriques (AFM, palpeurs) permettent aussi de mesurer la topographie des surfaces de rupture à différentes échelles, du nanomètre au centimètre.

 

 

Maj : 22/09/2014 (1468)

 

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