Fracture et fracturation des pates et des gels

par MOHAMED YEHDIH OULD MIHAMED ABDELHAYE

Thèse de doctorat en Physique - Chimie

Sous la direction de HIVAN DAMME.

Soutenue en 1996

à Orléans .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    Ce travail est une etude des phenomenes de rupture dans la matiere molle. Les milieux etudies sont des dispersions de particules colloidales (argiles) ou non colloidales (ciments, mortiers) en milieu aqueux, en absence ou en presence de polymeres. On peut obtenir de la sorte des milieux a caracteristiques rheologiques tres diverses : des fluides a seuil rheofluidifiants (suspensions de bentonite), des gels fragiles (gels de laponite), ou des pates a plasticite presque parfaite (colles granulaires). Deux modes de rupture ont ete explores : l'arrachement, par ecartement de deux surfaces enserrant une couche de fluide ou de pate, ou la fracturation hydraulique, par injection d'un liquide peu visqueux dans un gel. Dans la premiere partie du travail, nous avons d'abord etudie qualitativement le mode de rupture dans le test d'arrachement. Dans tous les cas que nous avons etudies, la rupture est cohesive (a quelques exceptions pres, avec les gels). La deformation se fait par ecoulement vers le centre et elongation axiale dans le cas des fluides newtoniens ou non-newtoniens, par glissement et deformation axiale dans le cas des gels et par elongation axiale, cavitation et rupture dans le cas des pates plastiques. Dans le cas des fluides non-newtoniens, l'ecoulement centripete s'accompagne d'une instabilite interfaciale du meme type que l'instabilite de digitation visqueuse en cellule de hele-shaw. Nous avons ensuite etudie le profil des surfaces de rupture obtenues avec les pates plastiques, pour lesquelles l'ecoulement vers le centre est tres limite. De nombreux resultats de la litterature montrent que les surfaces de rupture -fragile ou ductile- de materiaux solides comme les aciers, les betons ou les plastiques, possedent des proprietes auto-affines. Qui plus est, il semblerait que l'exposant de rugosite caracterisant cette auto-affinite ait une valeur universelle de 0. 88. Nous avons montre que les surfaces de rupture de pates a plasticite quasi-parfaite etaient egalement auto-affines, avec le meme exposant de rugosite, ce qui etend encore l'universalite de cet exposant. L'origine de cette universalite reste incomprise. Dans une seconde partie, nous avons etudie la relation force d'adherence - deformation axiale au cours de l'arrachement, en fonction des caracteristiques rheologiques du milieu, en prenant comme reference le cas des fluides newtoniens. La force commence par croitre tres rapidement, passe par un maximum, puis decroit plus lentement. C'est la loi de decroissance qui est caracteristique du fluide et des conditions d'arrachement. Dans le cas des fluides newtoniens, la force decroit selon une loi algebrique. On distingue deux regimes, caracterises par deux exposants differents : a faible vitesse d'ecartement, la decroissance est controlee par la depression de laplace tandis qu'a forte vitesse, elle est controlee par les effets de dissipation visqueuse. Il en va de meme pour les fluides non-newtoniens, malgre l'instabilite interfaciale. Pour la rupture des pates plastiques, la decroissance est exponentielle, ce qui peut s'expliquer dans la mesure ou l'on admet que la rupture est provoquee par l'apparition de defauts de cavitation, avec une probabilite qui ne depend que de la vitesse de deformation. Enfin, dans une derniere partie, nous avons montre qualitativement que l'injection d'un fluide peu visqueux dans un gel provoquait un phenomene de fracturation hydraulique analogue a celui obtenu, dans des conditions infiniment plus severes, dans les roches. La fracturation est multiple, les plans de fracture sont branches et le mode de fracture est mixte i-iii. Certaines de ces caracteristiques sont vraisemblablement liees a la vitesse de propagation elevee des fissures par rapport a la vitesse des ondes de cisaillement. Mots-cles : fluides, pates, gels, fracture, fracturation hydraulique, surfaces rugueuses, auto-affinite, adherence, cohesion, instabilites.


  • Pas de résumé disponible.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 114 P.
  • Annexes : 70 REF.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université d'Orléans. Service commun de la documentation.Section Sciences.
  • Accessible pour le PEB
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.