Opération de recherche "Nanomécanique"

Laboratoire des Verres

Unité Mixte de Recherche 5587 CNRS - UM2
UNIVERSITE MONTPELLIER II (UM2) - Sciences et Techniques du Languedoc -

Place  Eugène Bataillon - CC69 -

34095 Montpellier Cedex 5 (France)

marliere@ldv.univ-montp2.fr

Nos recherches concernent principalement la fracturation basse vitesse d'échantillons vitreux présentant des hétérogénéités structurales ou chimiques variables et contrôlées : leurs dimensions caractéristiques se situent dans le domaine nanométrique.

Les études ont lieu sur le banc expérimental récemment mis en place au laboratoire. Ce montage est centré sur un équipement de dernière génération de microscopie à champ proche combiné à une table d'application des contraintes mécaniques, l'ensemble travaillant en atmosphère soigneusement contrôlée ("boîte à gants"). En combinant ainsi microscopie optiqueet Microscopie à Force Atomique (AFM), auquel nous sommes en mesure de suivre en temps réel l'avancée de la tête de fissure pour des vitesses comprises entre 10-3 m/s to 10-12 m/s.

Figure 1.

Dispositif expérimental (hors "boîte à gants") 

Notre objectif principal est de mieux comprendre les mécanismesphysico-chimiquesde rupture aux échelles pertinentes pour les phénomènes concernés, i.e. à l'échelle sub-micrométrique. 

Quelques résultats récents :
 
 

   Nous avons misen évidence le rôle joué par les hétérogéneités sur la courbe donnant la vitesse de propagation de la fissure en fonction du facteur d'intensité des contraintes. 
 
 

   Nous avons montré - pour la première fois- que le front de fissure avance par nucléation, croissance et coalescence de cavités d'endommagement nanométriques. Nos études ont ainsi révélé l'existence d'un mode de rupture ductile aux échelles nanométriques dans les matériaux vitreux.La mise en évidence d'un mode de fracture ductile dans les verres nous permet d'invoquer le même type de scénario pour expliquer les rugosités des surfaces de fracture que dans les matériaux métalliques

Figure 2.

Séquence d'images AFM topographiques successives montrant la propagation de la fissure à la surface de l'échantillon amorphe. Le front de fissure se propage de gauche à droite (x-direction) à une vitesse moyenne v de l'ordre de 10-11 m/s.
(a): mise en évidence de cavités nanométriques devant la tête de fissure. (b): croissance des cavités. (c): La fracture avance par coalescence de ces nano-cavités. 

 
 

Des phénomènes d'instabilité dans la propagation "rectiligne" et à basse vitesse d'un front de fissure ont été mis en évidence dans le cas d'un système mécanique fonctionnant à charge constante. 
 
 

Figure 3.

Image AFM topographique en mode tapping d'une surface de fracture d'un échantillon d'alumino-silicate de lithium révélant une zone d'instabilité de propagation du front de fracture (la vitesse moyenne d'avancée du front de fissure était de l'ordre de 10-12 m/s).

 
 
 
 

Collaborations : groupe Fracture du Service de Physique et Chimiedes Surfaces et des Interfaces (SPCSI) du CEA, Saclay : S. Prades, E. Bouchaud, C. Guillot.