Fragilité - Définition et Explications

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Fragilité Une substance solide est dite "fragile" si, lorsqu'on lui impose des contraintes mécaniques ou qu'on lui fait subir des déformations brutales (c'est-à-dire sous forme de choc), sa fracture n'exige qu'une faible énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...). Si, en revanche, l'énergie à fournir pour produire la fracture (En traumatologie, le terme de fracture désigne par définition une solution de...) est importante, on dira que la substance est "tenace".

Il y a lieu de bien différencier les notions de ténacité et de résistance mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...). Pour déterminer expérimentalement la ténacité, on utilise un éprouvette préfissurée. En exerçant sur cette éprouvette un système de forces appropriées, on soumet sa fissure à un mode d'ouverture et on évalue l'énergie élastique (L'énergie élastique est l'énergie représentant la déformation élastique d'un objet solide ou...) libérée par la progression de la fissure. Cette énergie est proportionnelle au carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés. Cela signifie que ses...) de la ténacité. La ténacité dépend non seulement des forces de liaison entre les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...), mais aussi de la contribution d'éventuels phénomènes de dissipation d'énergie: plasticité, microfissuration, changement de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) ... qui ont pour effet d'accroître sensiblement, dans les substances "tenaces", le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) du domaine où, à la pointe de la fissure, les liaisons atomiques s'opposent à sa progression en supportant la contrainte de traction la plus élevée.

La résistance mécanique d'une éprouvette sous charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) est la contrainte maximale supportée par l'éprouvette avant fracture. Contrairement à la ténacité qui est une grandeur intrinsèque, la résistance mécanique fait intervenir outre les forces des liaisons atomiques, la forme et les dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce...) de l'éprouvette ainsi que son état de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) et le type de sollicitation. On observe par exemple que la résistance mécanique de fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se...) de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...) fraîchement étirées est environ cent fois plus élevée que celle d'objets communs du même verre qui ont subi des abrasions multiples. On améliore la résistance mécanique d'objets faits de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) fragiles en introduisant, par des traitements thermiques ou chimiques, des précontraintes de compression en surface.

Rappelons enfin que les filaments en verre, prototype des substances "fragiles", sont couramment utilisés pour renforcer de nombreux polymères ainsi que des ciments.

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