Modélisation multi-échelles et techniques micro-spectroscopiques pour l'étude de la plasticité des verres – PLASTIGLASS

Le projet proposé a pour but d'étudier la plasticité des verres. Nous comptons étudier ce phénomène d'une part via un travail de modélisation multi- échelles (calculs ab-initio, dynamique moléculaire classique, modèles statistiques, éléments finis) et d'autre part via un travail expérimental combinant essais mécaniques (indentation, sollicitation haute pression) et techniques de spectroscopie (Raman, Brillouin, luminescence) résolues spatialement. En raison du caractère fragile des verres, le comportement plastique n'apparaît que dans le cadre d'une sollicitation sous haute pression ou de fortes concentrations de contraintes. Le cas pratique de référence est celui du contact mécanique. Les propriétés plastiques des verres conditionnent ainsi largement leur résistance à l'endommagement de surface. Pour des raisons à la fois théoriques (l'absence de réseau cristallin interdit le recours aux dislocations pour expliquer la plasticité) et pratiques (l'échelle micrométrique de la zone plastifiée rend difficile la mesure des déformations) le comportement plastique des verres reste mal compris. L'écoulement plastique s'accompagne ainsi dans les verres d'une densification irréversible. Les verres sont en outre sujets à un phénomène de vieillissement mécanique, l'écrouissage: le critère plastique du matériau dépend de l'histoire du chargement mécanique. Si de nombreuses études ont été menées sur l'effet du vieillissement thermique sur les verres, la dépendance envers l'histoire mécanique (par exemple dans le cadre d'expériences ou de simulations à haute pression) a rarement été prise en compte. Un soin particulier sera apporté à l'étude de ce phénomène. Des travaux numériques effectués sur des verres modèles (Lennard-Jones) suggèrent que les déformations plastiques correspondent à une succession de réarrangements élémentaires impliquant quelques atomes ou quelques dizaines d'atomes. Nous chercherons à mieux caractériser la nature de ces réarrangements et leur dépendance vis à vis des potentiels d'interactions atomiques en particulier dans le cas de simulations plus réalistes (silice, silicium amorphe) ainsi qu'à modéliser la dynamique de ces réarrangements et leurs interactions à l'aide de modèles statistiques pour passer à l'échelle macroscopique. Les techniques de spectroscopies de vibration sont depuis longtemps un outil privilégié d'étude des verres, en particulier pour l'étude de la structure à moyenne distance. L'accès à une résolution spatiale micrométrique permet d'étendre leur champ d'application à l'étude de la plasticité des verres. Nous proposons de mettre en oeuvre la micro-spectrométrie Raman (utilisée récemment pour cartographier la densification irréversible de la silice après un essai d'indentation), la micro-luminescence et la micro-spectrométrie Brillouin (en cours de réalisation à Montpellier) pour étudier l'effet des déformations plastiques sur la structure et progresser vers l'identification des lois de comportement plastique des verres.