Corrosion sous contrainte : endommagement et rupture des verres de silice

Les surfaces de rupture des matériaux les plus divers (alliages métalliques, verres, roches, bois, polymères…) présentent les mêmes propriétés d’invariance d’échelle, mais dans des domaines d’échelles de longueur très différents. Cette universalité nous a amené à rechercher des similitudes pertinentes dans les modes de rupture et d’endommagement de ces matériaux. Nous avons choisi de nous intéresser en particulier aux verres de silice, dont les mécanismes d’endommagement sont mal connus, parce qu’ils ne sont observables qu’à l’échelle nanométrique. Nos expériences in situ en Microscopie à Force Atomique ont révélé que la rupture de ces matériaux procédait par nucléation, croissance et coalescence de cavités d’endommagement de taille nanométrique qui se forment à l’aval de la pointe d’une fissure principale qui se propage lentement. Ce mécanisme, observé et sur des verres de silice complexes et sur de la silice amorphe pure suggère que les hétérogénéités responsables de l’endommagement sont inhérentes à la structure amorphe. Des simulations par Dynamique Moléculaire (DM) révèlent que le même mécanisme est responsable de la rupture rapide. La taille des cavités dépend cependant de la vitesse moyenne de propagation de la fissure, et varie de quelques nanomètres en rupture dynamique (300-800 m/s en DM), à quelques centaines de nanomètres dans le cas de la rupture lente (~ 10-12 m/s) en corrosion sous contrainte, observée expérimentalement. Ce mécanisme a des conséquences macroscopiques, aussi bien sur le champ de déformation autour de la pointe de fissure, que sur la durée de vie de l’échantillon. Il a également des conséquences sur la morphologie des surfaces de rupture, sur lesquelles ces cavités sont “imprimées” de façon irréversible. Par ailleurs, la présence d’endommagement, insoupçonné jusqu’à présent dans les matériaux fragiles, pourrait être à l’origine du caractère universel des surfaces de rupture.