Casser ou fluer ? Telle est la question !

Publié par Isabelle le 03/05/2020 à 13:00
Source: CNRS INSU
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 ? Si cette question est fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) pour nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) d'ingénieurs, c'est aussi un point (Graphie) important en sciences de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...): les séismes destructeurs sont souvent générés par la rupture de roches superficielles relativement froides de la croûte terrestre (La croûte terrestre est la partie superficielle et solide du matériau dont est faite la Terre....), plutôt que par celle de roches plus profondes, et donc plus chaudes et plus ductiles. Nous proposons ici une explication physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) à ce phénomène.


La rupture fragile et le déformation ductile d'une tablette de chocolat portée à différentes températures (à gauche: plus chaude, déformation ductile, et à droite: plus froide, déformation fragile) © TomVD

Les solides se déforment grâce à la propagation de micro-fissures et de défauts. Ces fractures, quand elles se propagent, dégagent de la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...): plus vite elles progressent, plus elles chauffent. Mais en réponse, des fissures dont la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) 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 (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...) 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 (Le mot chargement peut désigner l'action de charger ou son résultat :) mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) augmente: le matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) flue et la déformation est ductile. Nous décrivons ainsi la rupture comme une transition de phase (En physique, une transition de phase est une transformation du système étudié provoquée par la...), similaire à celle expliquant la fonte ou le gel de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) par exemple, et qui alors, dépend des propriétés thermiques de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...).

En savoir plus:
Thermal weakening of cracks and brittle-ductile transition of matter: A phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) 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

Contact:
Renaud Toussaint - IPGS - renaud.toussaint at unistra.fr
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