Viscoplasticité et hétérogénéités de déformation du monocristal de glace : expériences et simulations

Ice single crystal viscoplasticity and strain heterogeneities : experiments and modelling

• Auteur / Autrice : Juliette Chevy
• Direction : Paul Duval, Marc Fivel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Mots clés

Mots clés contrôlés

Glace -- Propriétés mécaniques

Dislocations dans les cristaux

Viscoplasticité

Résumé

Le cristal de glace, de structure cristallographique hexagonale, possède une très forte anisotropie viscoplastique et se déforme essentiellement par glissement de dislocations dans les plans de base. Des essais de torsion en fluage sont réalisés sur des monocristaux dont l'axe-c est colinéaire à l'axe de torsion afin que seuls les systèmes basaux ne soient activés par la contrainte appliquée. L'activation d'autres systèmes de glissement se révèle être indispensable pour expliquer le fluage observé expérimentalement. Une hypothèse de multiplication des dislocations basales par double glissement dévié via les plans prismatiques et déclenché par les contraintes internes est testée grâce à des simulations en dynamique des dislocations discrètes (DDD). Un modèle continu de dynamique des dislocations est également utilisé pour expliquer certaines particularités de la plasticité de la glace. Enfin, la caractérisation des distorsions du réseau cristallin par diffraction de rayons X durs a permis la mise en évidence et l'analyse des hétérogénéités de déformation et la comparaison avec ce qu'il est possible d'obtenir à partir des simulations DDD.

Ice has an hexagonal crystallographic structure and exhibits a strongly anisotropic viscoplastic behaviour as it deforms almost exclusively by glide of basal dislocations. Creep torsion tests are carried out on single crystals with the crystallographic c-axis colinear to the torsion axis so that only basal systems are activated by the applied stress. Other glide systems need to be activated to explain the creep that is experimentally observed. We propose a double cross-slip multiplication mechanism of basal dislocations via prismatic planes that would be triggered by internal stresses. This scenario is tested using Discrete Dislocations Dynamics (DDD) simulations. A continuous dislocation dynamics model is also used to explain some particularities of ice plasticity. Finally, crystallographic lattice distorsions are characterized by means of hard X-ray diffraction. That enables us to evidence and analyse strain heterogeneities and to compare the results to what can be obtained through DDD simulations