Accueil > Équipes > Soft Polymer Networks > Déformation, Fracture et Adhérence des Matériaux Souples

Déformation, Fracture et Adhérence des Matériaux Souples

Costantino Creton, Dominique Hourdet, Tetsuharu Narita, Matteo Ciccotti

Un des aspects importants de la recherche effectuée au sein de notre groupe est la relation entre la structure moléculaire (à l’échelle de 50 nm), mésostructure (à l’échelle du micron) et macroscopique, des propriétés mécaniques. Autour de cette définition assez générale, nous nous concentrons plus spécifiquement sur la conception de réseaux de polymères souples de complexité variable, allant de l’élastomère chargé ou non, aux adhésifs très déformables tels que les adhésifs autocollants ou encore aux hydrogels.
Dans tous les cas, nous sommes intéressés à relier la structure du matériau (à plusieurs échelles) à sa déformabilité : dans le régime élastique, bien sûr, mais surtout dans le domaine des grandes déformations où la dissipation et les mécanismes importants pour la rupture sont actifs. Sur le plan pratique, nous sommes particulièrement intéressés à contrôler de façon indépendante la rigidité (le module) et la résistance à la rupture (ténacité) par le biais d’une conception moléculaire du réseau. Parce que les matériaux d’étude sont de faible module, ils se déforment de manière significative avant la rupture macroscopique et quelques exemples sont montrés dans les figures ci-dessous.

Debonding of soft adhesive
SEM image courtesy of Ken Lewtas

Dans cet exemple, un adhésif sensible à la pression est observé sous déformation dans un microscope électronique à balayage. Notez le caractère fibrillaire de la structure lorsque l’adhésif est détaché. Cette déformation est responsable du collant.

Fracture d’un hydrogel

Dans ce deuxième exemple, le gel de la photo contient 90% d’eau. Pourtant, il est difficile de le rompre, car il contient des nanoparticules de silice en vrac qui peuvent dissiper de l’énergie lorsqu’elles se détachent de la structure du polymère quand le matériau est fortement déformé.

Pour obtenir de nouvelles propriétés intéressantes, le point clé est le contrôle précis du degré d’hétérogénéité du matériau. On ne cherche pas tellement des matériaux sans défauts, mais plutôt résistants à la croissance d’un petit défaut en une fissure macroscopique. Les matériaux très homogènes ne sont généralement pas plus tenaces que les matériaux hétérogènes. La solution optimale résulte souvent de la conception d’hétérogénéités contrôlées à une taille mésoscopique (50 nm à 50 microns), obtenue par synthèse ou par le biais de la formulation.

Améliorer la ténacité
Hydrogel modifé hydrophobe

Dans nos projets de recherche actuels, nous appliquons cette stratégie à une variété de problèmes :

- Propriétés mécaniques et adhésives d’adhésifs souples fabriqués à partir de polymères supramoléculaires
- Modélisation de la fracture et des propriétés adhésives des adhésifs souples
- Mécanismes de Rupture d’élastomères chargés
- Le comportement en grandes déformations et la rupture d’hydrogels hybrides
- L’adhésion des hydrogels sur une surface en conditions immergées

Quelques publications choisies

Ducrot, E. Chen, Y. Bulters, M., Sijbesma, R.P., Creton, C.
"Toughening Elastomers with Sacrificial Bonds and Watching Them Break"
Science 11 April 2014 : 186-189.

Tanguy, F., M. Nicoli, A. Lindner and C. Creton (2014). "Quantitative analysis of the debonding structure of soft adhesives" The European Physical Journal E 37(1) : 1-12.

Sudre, G., L. Olanier, Y. Tran, D. Hourdet and C. Creton (2012). "Reversible adhesion between a hydrogel and a polymer brush". Soft Matter 8(31) : 8184 - 8193.

Mzabi, S., D. Berghezan, S. Roux, F. Hild and C. Creton (2011). "A critical local energy release rate criterion for fatigue fracture of elastomers." Journal of Polymer Science : Polymer Physics 49 : 1518-1524.