La propagation catastrophique des fractures expliquée par leur température extrême

Publié par Redbran le 31/10/2020 à 13:00
Source: CNRS INSU
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Détail de la fracture d'un iceberg, dans la baie du Commonwealth, à l'est de la Terre Adélie. © Erwan AMICE / LEMAR / CNRS Photothèque
Le phénomène de fractoluminescence, c'est-à-dire l'émission de lumière lors de la rupture d'un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...), est généralement peu connu du grand public. Il est pourtant assez facile de l'observer: il peut en effet suffire de peler (dérouler) rapidement un rouleau adhésif dans le noir (voir illustration). Cet intrigant phénomène peut être expliqué par l'extrême température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) - des milliers de degrés - que l'adhésif atteint très localement, à l'endroit où celui-ci se détache du rouleau. Une colle (Une colle ou la glu est un produit de nature liquide ou gélatineuse servant à lier des...) qui rompt brutalement pourrait ainsi être plus chaude que la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de notre Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...) !

Bien plus qu'une anecdote amusante, ce processus permet de mieux comprendre la fragilité de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...). Une menace potentielle pour tous les objets de notre quotidien (de l'écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent...) de nos téléphones à l'arche (Une arche est un élément naturel ou construit qui adopte une forme géométrique proche de l'arc....) de nos ponts) n'est-elle pas la croissance soudaine d'une fracture (En traumatologie, le terme de fracture désigne par définition une solution de...) ? Ceci est également valable pour les roches sur lesquelles nous vivons, dans lesquelles les fractures peuvent notamment générer des tremblements de terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) dévastateurs.

En étudiant la dynamique de pelage des rouleaux adhésifs, mais aussi la dynamique de rupture du verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...) acrylique (PMMA), une nouvelle étude montre que les fractures brutales peuvent être dues à des dégagements thermiques intenses. Elle prédit que plus une fissure est rapide, plus elle dégage de la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...). Réciproquement, plus une fissure est chaude, plus elle se propage rapidement. En effet, l'agitation (L’agitation est l'opération qui consiste à mélanger une phase ou plusieurs...) moléculaire à la pointe de la rupture (dont l'intensité est liée à la température) peut permettre de rompre les liens atomiques maintenant la cohésion des solides. Ce phénomène peut alors s'emballer: une fracture peut soudain atteindre des milliers de degrés et ainsi se propager de façon catastrophique.

Dans le cadre de la friction dans une roche, un phénomène analogue permettrait d'expliquer la transition sur une faille d'un glissement très lent et asismique, à une rupture sismique dynamique, à de très grandes vitesses de glissement. L'élévation de température très élevée et très localisée pourrait être à l'origine du phénomène dit de "chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un...) flash" et de la fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état...) locale des roches intensément chauffées, telle que la transformation en pseudotachylite, sur des couches très fines.


Un rouleau adhésif (à gauche) déroulé rapidement dans le noir (à droite). Le cadre pointillé délimite la même zone dans les deux images. La lumière bleue pourrait découler d'une température locale de la colle proche de 7000°C.

En savoir plus:
How heat controls fracture: the thermodynamics of creeping and avalanching cracks - Soft Matter, Issue 41.
T. Vincent-Dospital, R. Toussaint, S. Santucci, L. Vanel, D. Bonamy, L. Hattali, A. Cochard, E.G. Flekkøy, & K.J. Måløy.
https://doi.org/10.1039/D0SM01062F

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