M6 Élasticité et comportement fragile

Topique

La réponse élastique de ce verre à une charge appliquée suit la loi de Hooke de manière linéaire, depuis l'application de la charge jusqu'à la rupture, sans phase plastique intermédiaire. Contrairement à une structure polycristalline, où les joints de grains peuvent introduire des mécanismes de déformation supplémentaires, ce verre, dépourvu de joints de grains, répond à la loi de Hooke de manière continue jusqu'à la rupture. L'absence de joints de grains, au lieu de la microstructure granulaire d'une structure polycristalline, signifie que sa réponse élastique ne présente aucun mécanisme supplémentaire susceptible de s'écarter de cette linéarité, même à proximité de la rupture.

Puisque ce verre réagit ainsi, conformément à la loi de Hooke, jusqu'à la rupture, toute l'énergie absorbée lors de sa déformation élastique est stockée sous forme d'énergie élastique, sans dissipation plastique. C'est cette même énergie élastique qui, au moment de la rupture, est libérée brutalement pour alimenter la propagation de la fissure. Le fait que ce verre accumule davantage d'énergie élastique avant de se rompre, pour une même déformation, signifie qu'il libère plus d'énergie au moment de la rupture, la rendant disponible pour la propagation de la fissure. Cette même rigidité élastique du verre, déjà décrite par la loi de Hooke, peut être déterminée expérimentalement à partir de la vitesse du son au sein même du matériau : une impulsion ultrasonore traversant ce verre se propage à une vitesse directement proportionnelle à son module de Young et à sa densité. Par conséquent, la mesure de cette vitesse du son permet de calculer le module de Young sans soumettre le verre à un essai destructif. Le fait que la vitesse du son mesurée à l'intérieur de ce verre soit plus élevée signifie que, pour une même densité, le module de Young calculé est également plus élevé.

Ainsi, ce modèle, avec sa réponse élastique et la loi de Hooke, est formellement identique à un autre modèle d'un ensemble différent, celui qui décrit le comportement élastique fragile d'une céramique selon la même loi de Hooke et la même énergie élastique. La seule différence réside dans le fait que le modèle de la céramique doit prendre en compte la contribution de ses joints de grains, ce qui est absent pour ce verre. Le fait que cette méthode ultrasonique détermine le module de Young de ce verre à partir d'une grandeur indirecte et facilement mesurable, sans avoir recours à des essais destructifs, signifie qu'elle partage la même logique de caractérisation indirecte que deux autres modèles de cet ensemble : celui qui détermine la température de transition vitreuse à partir de la pente d'une courbe de dilatation, et celui qui détermine la viscosité de ce verre à partir du taux de déformation d'un échantillon sous charge constante.

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