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Fracture fragile d’un fluide viscoélastique qui s’écoule dans une goutte pendante

Bien que la théorie de la mécanique de la fracture fut initialement fondée sur la transformation réversible d’énergie mécanique en énergie de surface, dans la plus part des cas concrets, la forte concentration de contraintes dans la région de la pointe de fissure comporte l’activation de mécanismes de dissipation qui ont un poids dominant dans le bilan énergétique de propagation de la fissure. Cette dissipation est à l’origine de l’irréversibilité de la fracture et de la forte dépendance en vitesse de l’énergie de fracture. La fracture des gels physiques a suscité un grand intérêt dans les années récentes. Parmi ces matériaux certains sont des fluides viscoélastiques, et, alors qu’ils s’écoulent lentement sous l’action de leur poids, ils fissurent de façon fragile quand ils sont soumis à des déformations très rapides. Pour quantifier et modéliser ce phénomène nous étudions la fracture rapide d’un gel physique (constitué d’une microémulsion de gouttelettes d’huiles dans l’eau, réversiblement liées par les copolymères triblocs pontants) qui se comporte comme un fluide viscoélastique de Maxwell modèle. La fissure se propage dans un long filament de gel formé par l’écoulement d’une goutte pendante. La nucléation de la fissure est causée par l’activation thermique d’un défaut de taille caractéristique dans le réseau de polymère. Alors que la vitesse de propagation est déterminée par les mécanismes d’écoulement visqueux à l’échelle du réseau de gouttelettes et de polymère, l’énergie de propagation se trouve être dominée par la tension de surface du solvant. On retrouve ainsi une rare manifestation du modèle original de Griffith. La justification de l’absence de dissipation d’origine viscoélastique s’explique par des simples arguments d’échelle en considérant la fine taille de la goutte par rapport aux longueurs caractéristiques qui feraient intervenir la dissipation.Une extension des arguments de de Gennes permet l’utilisation du modèle de trompette viscoélastique dans les matériaux très mous, où on prend en compte des grandes déformations et la nature tensorielle du problème.

Figure 1 : de droite à gauche : image de la goutte pendante à l’instant précédant la fissure et zoom sur les étapes de propagation de la fissure fragile dans le filament tendu de gel physique.

H Tabuteau, S Mora, M Ciccotti, CY Hui and C Ligoure. Paru en ligne sur Soft Matter. DOI : 10.1039/c1sm06024d