Quantifier l’endommagement moléculaire lors de la fracture d’un élastomère

Lorsqu’un matériau élastomère caoutchoutique est étiré, il s’étend généralement de manière élastique et reprend sa forme d’origine. Cependant, lorsqu’il est trop étiré, il se casse en deux via la formation et la propagation d’une fissure. Comprendre pourquoi l’augmentation de la température ou la diminution de la vitesse à laquelle l’élastomère se déforme conduit à une diminution significative de son énergie de fracture et de sa déformation à la rupture a été un défi au cours de ces 50 dernières années, du fait de l’impossibilité de mesurer la rupture des liaisons moléculaires en pointe de fissure. Pour remédier à cet élément manquant, des chercheurs du laboratoire SIMM de l’ESPCI et de RWTH Aachen à Aix-la_Chapelle ont synthétisé et incorporé dans le réseau élastomère de nouvelles molécules fluorescentes sensibles à la rupture, permettant ainsi de visualiser, quantifier et cartographier la rupture des liaisons chimiques accompagnant la fracture macroscopique.

De manière totalement inattendue, les chercheurs ont constaté que le nombre de liaisons rompues à proximité de la fissure est très fortement et presque linéairement corrélé au niveau de frottement moléculaire et à la dissipation viscoélastique dans le matériau. Ces observations contredisent les modèles classiques supposant un découplage entre une rupture de liaison à niveau constante et une sur-dissipation purement viscoélastique dans le matériau. A contrario, ces mesures mettent en évidence des processus intrinsèquement couplés et multi-échelles entre la rupture de liaisons moléculaire et la relaxation viscoélastique du matériau, via l’augmentation de la déformation locale en pointe de fissure.

Ces résultats stimuleront ainsi de nouveaux modèles couplant une vision moléculaire de la rupture en pointe de fissure avec la physique macroscopique de la fracture et guideront la conception d’élastomères plus résistants à la fracture.

Ces travaux sont, publiés dans la revue Physical Review X [https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.10.041045]