Description du stage
Contexte et objectifs du stage
Les verres d’oxyde ont un large éventail d’applications industrielles en raison de leurs multiples caractéristiques avantageuses, notamment la transparence optique, les propriétés mécaniques et thermiques élevées, la durabilité chimique, la biocompatibilité et la bioactivité, etc. Toutefois, leur fragilité constitue un inconvénient majeur. Il est bien connu que les verres d’oxyde subissent une fracture dynamique (vitesse de propagation des fissures de ~km/s – comme dans le cas d’un verre qui s’écrase sur le sol et se brise). Néanmoins, il existe un autre mode de rupture moins visible qui sera étudié au cours de ce stage, où les fronts de fissures se développent à des vitesses de 10-11 – 102 m/s. La croissance de ces fronts de fissure est favorisée par des paramètres environnementaux tels que l’humidité atmosphérique et la température, et la vitesse du front de fissure (v) dépend de la contrainte locale ressentie par une pointe de fissure (figure 1), appelée facteur d’intensité de la contrainte (KI).
Figure 1 : Schéma de la croissance lente des fissures dans le verre avec des valeurs typiques pour les verres.
Actuellement, notre dispositif expérimental permet de suivre la position du front de fissure dans le temps grâce à un microscope tubulaire équipé d’une caméra. La post-analyse des images fournit la vitesse du front de la fissure. En outre, les simulations par éléments finis permettent de mesurer indirectement le KI.
Ces dernières années, les techniques de corrélation d’images numériques (DIC) se sont révélées être un outil puissant pour accéder au facteur d’intensité des contraintes [2-3]. Ce résultat est obtenu en comparant les champs de déplacement entre une image non contrainte et une image contrainte, et il fonctionne bien pour les matériaux souples et/ou les échantillons de grande taille qui présentent une déformation importante sous charge. Elle est cependant plus difficile à mettre en œuvre pour les matériaux plus rigides et/ou les échantillons plus petits, comme dans le cas des échantillons de verre oxydé DCDC (Double Cleavage Drilled Compression, figure 2). Récemment, notre équipe a développé un nouveau protocole pour capturer le champ de déplacement autour d’un front de fissure dans les verres d’oxyde. Les premiers résultats sont prometteurs, mais les protocoles expérimentaux doivent encore être optimisés.
Figure 2 : Échantillon de verre DCDC sous compression avec des fissures sous-critiques se propageant symétriquement de part et d’autre d’un trou.
L’objectif du stage est d’optimiser et de qualifier la méthodologie DIC et d’acquérir les champs de déplacement autour d’un front de fissure. Le stagiaire participera à différentes étapes : conception et dépôt d’un motif sur les surfaces en verre en utilisant une salle blanche, réalisation d’une expérience de croissance lente de fissure, réalisation de DIC pour analyser les images acquises au cours de l’expérience, et comparaison des résultats DIC aux résultats traditionnels des éléments finis. Le stagiaire aura l’occasion d’apprendre et d’utiliser directement des méthodes avancées de caractérisation des matériaux et de leurs surfaces, de l’échelle macroscopique à l’échelle nanométrique.
Profil du stagiaire
Dernière année d’école d’ingénieur, étudiant en M2 ou M1 avec une formation en science des matériaux, chimie ou physique avec des connaissances en physique de la matière condensée, mécanique des matériaux, science des surfaces et/ou traitement d’images. Le stagiaire doit être curieux, motivé par le travail expérimental et capable de travailler à la fois en équipe et de manière autonome. Une expérience préalable des langages de programmation est nécessaire, et une expérience des laboratoires de chimie et/ou des salles blanches est un plus.
Environnement du stage
Le stagiaire travaillera au sein du SPEC, le Laboratoire de Physique de la Matière Condensée (SPEC : UMR 3680 CEA-CNRS) du CEA Saclay, situé à L’Orme des Merisiers.
Un réseau de bus du CEA permet d’accéder facilement à L’Orme des Merisiers depuis différents endroits d’Ile-de-France.
Liens utiles
Candidature
Pour plus d’informations et pour postuler :
Veuillez envoyer votre CV et votre lettre de motivation à Priscille Fauvarque Laure Chomat et Cindy Rountree ).
References:
- Rountree, C. L. Recent progress to understand stress corrosion cracking in sodium borosilicate glasses: linking the chemical composition to structural, physical and fracture properties. Journal of Physics D: Applied Physics, 50 (2017).
- Hild, F. & Roux, S. Digital Image Correlation: from Displacement Measurement to Identification of Elastic Properties – a Review. Strain, 42 (2006).
- Pan, B. Digital Image correlation for surface deformation measurement: historical developments, recent advances and future goals. Measurement Science and Technology, 29 (2018).