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Ça chauffe dans les fractures !

En analysant expérimentalement et théoriquement l’avancée d’une déchirure dans une feuille de papier, des physiciens du laboratoire, en collaboration avec l'Institut de physique du Globe de Strasbourg et l'Université d'Olso, viennent pour la première fois d’effectuer un bilan d’énergie complet des phénomènes mis en jeu. Ils ont notamment déterminé la proportion de l’énergie mécanique de fracture transformée en chaleur, de l’ordre d’une douzaine de pour cent.
Ça chauffe dans les fractures !

Champ de température lors de la propagation d'une fissure dans une feuille de papier

Lorsqu’un solide rompt, une partie de l’énergie libérée est convertie en chaleur à l’endroit de la fissure. Cela conduit à un échauffement qui est parfois assez important pour diminuer la résistance du matériau et faciliter sa rupture. En étudiant la déchirure lente d’une feuille de papier, des physiciens de l’Institut de Physique du Globe de Strasbourg (IPGS, CNRS/Univ. Strasbourg), du Laboratoire de Physique de l’ENS Lyon (CNRS/ENS Lyon/Univ. Lyon 1) et de l’Université d’Oslo, ont réalisé pour la première fois un bilan énergétique précis de la propagation de fracture, à partir de l’estimation claire des différentes sources de dissipation d’énergie et de la conversion de l’énergie mécanique en chaleur. En combinant calculs analytiques, simulations numériques et expériences de laboratoire, les chercheurs ont relié le champ de température relevé à la pointe d’une fissure à la fraction d’énergie mécanique transformée en chaleur lors de la propagation de cette fissure. Grâce à une caméra infrarouge, ils ont mesuré cette fraction, d’environ 12 % pour les fissures lentes, mais pouvant atteindre 40 % lors d’avalanches. Ces travaux démontrent également que l’accumulation de chaleur auto-générée lors de la déformation et de la rupture des échantillons de papier pourrait déclencher la combustion de microfibres en pointe de fissure. Cela expliquerait ainsi la transition vers un régime de rupture dynamique, avec des vitesses de fracture importantes observées expérimentalement. Ce travail est publié dans la revue Soft Matter.

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Article de Soft Matter

Contacts:

  • Stéphane Santucci
  • Renaud Toussaint (IPGS CNRS/Univ. Strasbourg)
  • Knut Jørgen Måløy (Université d'Olso)