Daniel Bonamy - Fissures dans les solides fragiles

Prévoir quand un matériau fragile casse n’est pas une mince affaire ! La concentration des contraintes en pointe de fissure rend en effet le comportement en rupture observé à l’échelle macroscopique très sensible aux inhomogénéités de structure à des échelles très fines, ce qui est difficile à appréhender avec les outils de mécanique des milieux continus de l’ingénierie. Les deux situations présentées au cours de ce séminaire illustreront ces aspects.

La première expérience a consisté à examiner la propagation lente d’une fissure au sein d’une roche artificielle chargée en tension. La dynamique observée est erratique, par cascades de microfractures dont l'organisation statistique est similaire à celle des séismes. Nous verrons comment le paradigme de la transition de dépiégeage développé en physique statistique permet d’expliquer qualitativement les observations.

La deuxième expérience (numérique) a consisté à mesurer la résistance à la fracture d’analogues électriques à des cristaux bidimensionnels. L’énergie de fracture est observée significativement plus grande que l’énergie spécifique de surface (énergie des liaisons chimiques cassées lors de la propagation de la fissure), contrairement à ce qu’il est attendu dans l’interprétation de Griffith. Nous discuterons comment, dans ces matériaux parfaitement fragiles, la valeur de la ténacité trouve son origine dans la manière dont le champ de déplacement continu, singulier en pointe de fissure, se raccorde au réseau atomique discret du solide à petite échelle.