MEcanique et PHYsique STAtistique de la Rupture dans les matériaux fragiles hétérogènes – MEPHYSTAR

Dans un milieu hétérogène, une fissure initialement droite se déforme. Cela introduit des non-linéarités dans l'étude de la propagation de la fissure, y compris dans le cadre de la mécanique linéaire élastique de la rupture (MLER) adapté à la description des matériaux fragiles. Dans MePhyStar, ces non-linéarités seront prises en compte en conciliant la MLER, adaptée à l'échelle macroscopique de la structure, avec la physique statistique plus adaptée à l'échelle hétérogène de la microstructure. Ces objectifs seront atteints par une combinaison de travaux théoriques et d'expériences spécifiquement conçues pour en vérifier la validité et en tester les limites. Dans un premier temps, on étudiera la propagation plane de fissure dans des matériaux fragiles modèles, transparents, le long d'interfaces avec des patterns (réguliers ou désordonnés) de ténacité contrôlés. En parallèle (et en liaison) avec ces expériences, on modélisera numériquement l'évolution du front de fissure dans un champ de ténacité donné en dérivant des modèles de lignes élastiques s'appuyant sur la théorie mécanique des fonctions de poids de Bueckner-Rice. Dans un deuxième temps, le chemin de propagation de fissure sera étudié théoriquement et expérimentalement dans des matériaux désordonnés modèles 2D (milieux à structure tubulaire, plaques minces de polystyrène et de grès). On s'attachera plus particulièrement à caractériser expérimentalement le rôle de l'endommagement et du type de chargement qui restent encore difficilement cernables par les modèles existants. Dans une troisième étape, on étudiera la propagation et la rugosité de fissures dans des matériaux réels 3D (grès et polystyrène). Par émissions acoustiques, validées sur les expériences 2D précédentes, nous suivrons le comportement local (en espace et en temps) de propagation du front. Nous analyserons aussi la morphologie des faciès de rupture et les fluctuations de ténacité macroscopique effective. Ces résultats serviront de base à des modélisations théoriques réalistes. Les résultats fournis par ce projet permettront de mieux comprendre la relation entre les mécanismes de propagation de la rupture et les propriétés mécaniques des matériaux (fragilité, endommagement, distribution de la ténacité). Ils suggéreront de nouvelles stratégies de renforcement de certains matériaux comme, par exemple, les revêtements minces multicouches. Les partenaires de MePhyStar ont des compétences complémentaires en mécanique des solides, physique statistique et science des matériaux, à la fois comme théoriciens et expérimentateurs.