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Séminaire général du Département de physique

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Rupture et endommagement de matériaux hétérogènes
Elisabeth Bouchaud (CEA-SACLAY)

26 janvier 2006

Inclure dans une description statistique les processus locaux qui interviennent lors de la propagation d’une fissure dans un matériau est une étape cruciale pour l’établissement de modèles véritablement prédictifs. L’étude quantitative de la morphologie des surfaces de rupture s’est révélée être un outil précieux de ce point de vue : cette surface est en effet la trace que laisse derrière lui le front de fissure au cours de sa propagation. Or cette morphologie, pour des matériaux très divers, présente des propriétés d’échelle qu’on peut décrire au moyen de deux paramètres : l’exposant de rugosité et la longueur de corrélation, borne supérieure du domaine d’échelle. Si cette échelle de longueur caractéristique dépend du matériau étudié et du mode de chargement, l’exposant de rugosité, lui, est universel.
Pour rendre compte de ces observations, nous avons proposé de modéliser le front de fissure comme une ligne élastique se propageant dans un champ d’obstacles aléatoirement répartis. Ces modèles, qui décrivent une transition de phase dynamique entre un régime de piégeage de la fissure sur les défauts et un régime de propagation, ne reproduisent que qualitativement les résultats expérimentaux. Leur limitation principale est qu’ils ne tiennent pas compte de l’endommagement que crée la fissure, qui écrante le champ de contrainte, et modifie l’élasticité du front.
Or l’endommagement existe dans tous les matériaux, y compris dans le verre, qui est pourtant le matériau « élastique fragile » par excellence. C’est ce que montrent nos expériences in situ de microscopie à force atomique : là aussi, comme dans les métaux, la rupture procède par nucléation, croissance et coalescence de cavités d’endommagement ! Nous proposons un modèle qui prend en compte l’endommagement, et reproduit les résultats observés à des échelles inférieures à la taille de la zone endommagée et au-delà.

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Elisabeth Bouchaud Elisabeth Bouchaud (CEA-SACLAY)
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