L’ardent secret de la fragilité de la matière - Publication scientifique dans Physical Review Materials

03 Juli 2020

Casser ou fluer: telle est la question!

 

Comment se fait-il que certains matériaux rompent brutalement, quand d’autres se déforment doucement et de façon ductile ? Pourquoi un même matériau, porté à différentes températures, peut présenter ces deux comportements ? Nous proposons ici une explication à la fragilité et à la ductilité de la matière, une question fondamentale pour nombre d’ingénieurs, la rupture fragile de certaines structures pouvant entraîner des désastres difficilement prédictibles. C’est aussi un point important en sciences de la Terre : les séismes destructeurs sont souvent générés par la rupture de roches superficielles relativement froides de la croûte terrestre, plutôt que par celle de roches plus profondes, et donc plus chaudes et plus ductiles.


Les solides se déforment grâce à la propagation de micro-fissures et de défauts. Ces fractures, quand elles se propagent, dégagent de la chaleur : plus vite elles progressent, plus elles chauffent. Mais en réponse, des fissures dont la température augmente ont tendance à accélérer, car la rupture des liens moléculaires en pointe de rupture est alors favorisée. Le phénomène peut alors s’amplifier, menant à un emballement thermique dans le processus de fracturation, lorsque la température d’une fissure vient dépasser significativement la température ambiante. Dans le cas contraire, si la chauffe reste limitée, chaque fissure n’accélère que progressivement lorsque le chargement mécanique augmente : le matériau flue et la déformation est ductile. Nous décrivons ainsi la rupture comme une transition de phase, similaire à celle expliquant la fonte ou le gel de l’eau par exemple, et qui, surprenamment, dépend des propriétés thermiques de la matière.

 

 Ces recherches scientifiques, font l'objet d'une publication scientifique dans Physical Review Materials. Elles ont été conduites à l'IPGS/EOST, UMR 7516 CNRS/Unisversité de Strasbourg, en collaboration avec le centre d'excellence norvégien PoreLab, The Njord Center, Physics Department, Université d'Oslo, dans le cadre de la thèse de Tom Vincent-Dospital, en cotutelle entre les deux Universités. Elles ont été soutenues par le Laboratoire International Associé France-Norvège, LIA D-FFRACT (Déformation, Flow and Fracture of Disordered Materials), et l'INSU, programme ALEAS.

 

 

Références de l'article scientifique et détails:

Thermal weakening of cracks and brittle-ductile transition of matter: A phase model
Tom Vincent-Dospital, Renaud Toussaint, Alain Cochard, Knut Jørgen Måløy, and Eirik G. Flekkøy
Phys. Rev. Materials 4, 023604 – Published 24 February 2020

DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.4.023604



Versions Libre Accès publiées, sur arXiv et UnivOak (archives Open Access)

Plus d'infos sur l'article sur le site web de l'INSU

 

Contacts à l'EOST: Tom Vincent-Dospital, vincentdospitalt@unistra.fr ,

Renaud Toussaint, renaud.toussaint@unistra.fr, 03 68 85 03 37,

Alain Cochard, alain.cochard@unistra.fr