Cratères, fragments, éjectats : formes resultant d’impacts – CraSh

Le projet est basé sur des expériences modèles pour comprendre les relations entre la dynamique transitoire et le motif final. Nous étudions des configurations simples pour lesquels on peut clairement identifier les mécanismes conduisant à l'obtention d'une forme finale.

Nous avons étudié l'impact d'un objet rigide sur des plaques minces fragiles (de plexiglas et de verre). Après impact ces plaques présentent des fissures radiales dont le nombre dépend de la vitesse d'impact. Nous avons mis en évidence une loi d‘échelle qui relie le nombre de fissures à la vitesse d’impact et aux différents paramètres physiques.
Pour comprendre la formation de cratères et le lien entre la forme finale et la dynamique transitoire de la cavité, nous avons étudié l’impact d’une goutte de Carbopol (un micro-gel transparent) dans un récipient contenant le même fluide. En changeant les propriétés rhéologiques ainsi que la gravité effective (en accélérant le récipient pour simuler une chute libre), nous avons montré que la dynamique transitoire est essentiellement gouvernée par l’élasticité du fluide car le nombre de Deborah (rapport du temps caractéristique de sollicitation sur le temps de relaxation) est grand. Nous obtenons des lois d’échelles pour la dynamique de la cavité en fonction du nombre de Mach élastique.

Après un impact sur un substrat cohésif, des fragments sont éjectés. La distribution des éjectats présente souvent une distribution non-uniforme. Nous souhaitons étudier les liens entre cette distribution et les formes résultant d'instabilités brisant l'axisymétrie (plis et fissures).
Le rôle des phénomènes transitoires sur la forme finale d'un cratère est peu étudiée. En utilisant des fluides complexes modèles, nous souhaitons faire progresser ces questions.

N. Vandenberghe, R. Vermorel, E. Villermaux. Star-Shaped Crack Pattern of Broken Windows. Phys. Rev. Lett., vol. 110, 174302 (2013)

L.-H. Luu, Y. Forterre. Giant drag reduction in complex fluid drops on rough hydrophobic surfaces, Phys. Rev. Lett., vol 110, 18450 (2013)

Le but du projet est l'étude des formes résultant d'un impact à grande vitesse dans la matière cohésive. Le projet est basé sur une série d'expériences modèles visant à relier la dynamique transitoire, y compris le comportement aux temps courts, à la forme finale des motifs. Les différentes situations envisagées font appel à des champs disciplinaires variés (élasticité, hydrodynamique, rhéologie des fluides complexes) et l'objectif du projet est d'étudier les différents aspects que sont la fragmentation sous impact et la formation de motifs de fissures dans les plaques minces fragiles, les instabilités de flambage d'une membrane impactée en présence d'un substrat, la structuration spatiale lors de la formation d'éjectats, la dynamique d'expansion et contraction d'un cratère dans un fluide à seuil, et le comportement sous impact de fluides à rhéologie complexe (argile, granulaires humides ...).

Le projet vise en premier lieu à accroitre les connaissances fondamentales sur le comportement de la matière lors de sollicitations mettant en jeu une large gamme d'échelle de temps ainsi que de grandes déformations. Les configurations étudiées sont toutefois proches de conditions rencontrées en géophysique (formation de cratères lors d'impacts) ou dans des processi industriels (soudures, mise en forme, procédé de broyage, etc...), ainsi que dans des applications liées à la protection et à la sécurité (résistance aux impacts, dangerosité des fragments...).