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Corrosion sous contrainte des verres de silice – CORCOSIL

Résumé de soumission

Le projet Corcosil a pour but d'explorer la nanomécanique de la propagation lente des fissures au sein des verres. Des équations phénoménologiques, comme celles de Wiederhorn sont utilisées pour prédire l'effet des contraintes et des paramètres environnementaux sur la vitesse de propagation de la fissure. Les mécanismes de corrosion sous contraintes à la pointe de fissure sont néanmoins encore débattus et leur modélisation à l'échelle nanométrique est nécessaire pour relier les paramètres phénoménologiques à la composition spécifique et à la structure des verres. Une collaboration entre les équipes du Laboratoire des Colloïdes, Verres et Nanomatériaux de Montpellier et du Service de Physique et Chimie des Surfaces et des Interfaces du CEA-Saclay a récemment permis l'observation in situ par Microscopie à Force Atomique (AFM) de la corrosion sous contrainte d'un verre de silice. En révélant la nucléation, croissance et coalescence de cavités surfaciques en avant de la fissure, à l'encontre du modèle classiquement admis de rupture successive des liaisons atomiques, les deux équipes ont acquis une visibilité exceptionnelle sur la scène internationale. Ces résultats doivent être suivis de recherches approfondies dans lesquelles le dispositif expérimental unique conçu conjointement par les deux groupes aura un rôle déterminant. Avec ce dispositif, une fissure peut être générée dans un matériau vitreux en géométrie de type Double Cleavage Drilled Compression et suivie in situ sous AFM dans une ambiance propre d'azote avec humidité contrôlée (entre ~0% et 80%). La vitesse de la fissure peut être mesurée sur une large gamme (de 10^-3 à 10^-13 m/s), en fonction du facteur d'intensité de contraintes et des conditions environnementales. Quand elle est inférieure à 10^-8 m/s, la morphologie de la zone autour de la pointe de fissure (environ 100 nm) peut être étudiée en temps réel. L'imagerie de phase peut, de plus, être utilisée pour mesurer les hétérogénéités de propriétés mécaniques et chimiques locales accompagnant la fissure en cours de propagation. Des développements instrumentaux basés sur l'achat d'un AFM de nouvelle génération et d'une chaîne d'acquisition rapide des signaux viendront améliorer considérablement les observations. Le premier objectif du projet CORCOSIL sera de comprendre les mécanismes d'endommagement dans le volume de l'échantillon : les contraintes et l'environnement y sont très différentes de celles en surface où les cavités ont été observées jusqu'à maintenant. Les atouts du nouvel AFM, tels que la stabilité latérale de la pointe à l'échelle nanométrique ou sa résolution latérale 10 fois plus étendue, seront fort utiles pour acquérir des images topographiques post-mortem pertinentes des surfaces de fissures. La technique FRASTA sera utilisée pour analyser la correspondance entre surfaces opposées. L'expertise du CEA-Saclay permettra d'établir des estimateurs statistiques clairs pour pouvoir détecter sans ambiguïté les traces de cavités et les séparer du bruit inhérent au dispositif expérimental. Parallèlement, la rugosité des surfaces de fissures sera mesurée pour déterminer la taille de la zone de process de la fracture à partir des propriétés d'échelle. Afin de prendre en compte les déformations mécaniques dans la zone de process, des outils de type Digital Image Correlation seront utilisés. Une deuxième partie sera consacrée à l'étude du rôle critique de l'eau sur les mécanismes de corrosion sous contrainte. En combinant des images topographiques et des images de phase AFM, le groupe de Montpellier a mis en évidence la présence d'un condensat liquide remplissant le creux en tête de fissure sur une centaine de nanomètres à humidité ambiante. La longueur du condensat observé est bien plus grande que ce que prédisent les modèles classiques de capillarité. Ceci pourrait avoir des conséquences fondamentales sur la physique de la fissuration. CORCOSIL comportera une étude détaillée des cinétiques de croissance et d.

Coordination du projet

Matteo CICCOTTI (Organisme de recherche)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES - CENTRE D'ETUDES NUCLEAIRES SACLAY

Aide de l'ANR 450 000 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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