Effet du désordre sur la rupture d'interfaces frictionnelles – DisRuptInt

La mise en glissement d’une interface frictionnelle est induite par la propagation d’un front de rupture brisant les contacts solides. Cette rupture est une fissure en cisaillement entraînée par des champs élastiques singuliers et se propageant dans un milieu effectif homogène. En effet, une interface frictionnelle est intrinsèquement désordonnée, depuis les micro-contacts à l'échelle macroscopique, e.g. les failles sismiques. Mais le désordre interfacial est caché dans la zone dissipative en pointe de fissure. Une question à ce jour hors d’atteinte est de savoir comment les mécanismes de rupture sont affectés lorsque les structures interfaciales deviennent trop grandes pour être moyennées par la rupture propagative.
Notre objectif est de développer une description complète du frottement basée sur la mécanique de la rupture pour tout type d'interface. Nous voulons étudier l'effet du désordre interfacial (rugosité, matériau composite, troisième corps) sur la dynamique de rupture. Expérimentalement, nous considérerons une interface constituée de sections successives homogènes et désordonnées afin d’étudier indépendamment les processus de nucléation et de propagation de la rupture. Des mesures de déformation à proximité de l'interface, des mesures optiques de l’aire réelle de contact et un suivi des particules à l'interface seront effectués.
Nous commencerons par établir la limite de validité de la mécanique de la rupture fragile pour décrire le frottement. Au-delà de la validité, nous caractériserons les modes de rupture, à partir de modèles de fracture de solides hétérogènes. Le but est de trouver une signature de la composition de l'interface dans les champs élastiques dynamiques au voisinage de la pointe de la rupture. Nous comprendrons ensuite les mécanismes à l'origine de la résistance au cisaillement d'un système macroscopique. La résistance frictionnelle est déterminée par la contrainte cisaillante à laquelle une rupture nuclée. Des sections d'interface désordonnées seront utilisées pour contrôler la nucléation de rupture.
Ce projet fournira une compréhension fondamentale des processus de friction, mais pas seulement. Nous voulons montrer que le frottement peut être une plateforme polyvalente pour étudier la rupture de matériaux hétérogènes et les singularités mécaniques. Au-delà de la physique, le frottement solide est un défi en sismologie, de la caractérisation des failles sismiques à la stratégie de surveillance. Contrôler les propriétés frictionnelles de systèmes solides représente également un défi technologique. Nous développons actuellement des collaborations nationales et internationales avec des expérimentateurs, des théoriciens et des géodésistes. Le soutien de l'ANR renforcerait considérablement nos efforts communs et placerait notre consortium à la pointe de la science du frottement.