Contribution a l'etude des mecanismes de rupture dans les amorphes : etude par dynamique moleculaire de la rupture de verre de silice

par Laurent Van Brutzel

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de DOAN NGUYEN.

Soutenue en 1999

à Paris 6 .

mots clés

Résumé

L'objectif de la these etait de comprendre les mecanismes qui interviennent lors de la rupture a l'echelle atomique dans les verres de silice. Les difficultes d'observation experimentales a ces echelles de longueur nous ont pousse a envisager une etude numerique par dynamique moleculaire pour acceder a des informations sur la dynamique et la thermodynamique du systeme. Nous avons donc realise des simulations contenant 500000 atomes et etudie la structure des verres ainsi obtenus avant d'analyser leurs comportements sous une deformation exterieure imposee. La structure de nos verres simules s'organise sur trois echelles de longueur. Aux petites echelles entre 0 et 5 a le verre se compose de tetraedres de silice et se rapproche de la structure cristalline. Sur une echelle intermediaire, entre 3 et 10 a, les tetraedres de silice sont connectes entre eux et forment des anneaux de differentes tailles dont la grande majorite est comprise entre 5 et 7 tetraedres. Sur une echelle plus grande de 15 a 60 a, il existe des zones de forte densite d'anneaux entourees par des zones de faible densite d'anneaux. Ces considerations structurales jouent un role important dans l'initiation et la propagation d'une fracture. En effet, a cette echelle de longueur, la propagation s'effectue par croissance et coalescence de petites cavites initiees dans les zones de faible densite d'anneaux en aval de la pointe de fissure. Les cavites ainsi formees concentrent les contraintes, ce qui entraine un retard dans la propagation du front. Ce phenomene rend, a cette echelle de longueur, la propagation de la fracture de type ductile et engendre a courte distance de la pointe de fissure un comportement elastique non lineaire. Nous avons aussi montre que la presence d'alcalins dans la matrice vitreuse change la structure en creant des nanoporosites ce qui engendre une accentuation du caractere ductile lors de la propagation de la fracture.

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