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Matériaux hétérogènes

Animateur : Renald Brenner

vendredi 14 novembre 2008, par F2M

Contact : Renald Brenner

En raison du comportement mécanique différent des constituants, une sollicitation macroscopique, même globalement homogène, appliquée à un matériau, conduit à une fluctuation des champs de déformation et de contraintes en son sein. La complexité de la matière peut aussi s’exprimer à des échelles plus fines. C’est le cas, par exemple, du mouvement collectif des défauts cristallins (échelle nanométrique ou micrométrique), qui conditionnent les propriétés plastiques des métaux. La prise en compte des fluctuations induites des champs mécaniques est essentielle pour la compréhension des mécanismes physiques participant à la réponse mécanique d’un matériau.

Au sein des équipes franciliennes, la mécanique des matériaux hétérogènes constitue une compétence majeure. Les collaborations dans ce domaine concernent aussi bien l’estimation des propriétés globales des matériaux hétérogènes à partir de la prise en compte de leur hétérogénéité constitutive que l’évaluation des champs mécaniques locaux susceptibles de conduire à la localisation de la déformation ou à l’endommagement.

A l’échelle de la microstructure, l’influence de la morphologie des phases et des évolutions microstructurales sur la réponse mécanique est traitée soit à l’aide d’approches d’homogénéisation, soit à l’aide d’approches en champs complets. Les évolutions de microstructure envisagées sont très diverses, allant de l’évolution de texture cristallographique à l’endommagement, en passant par le vieillissement statique et dynamique(Fig 1).

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Fig. 1 The Portevin-Le Châtelier effect in a simulated smooth U-notched specimen and an experimental U-notched specimen : plastic strain rate maps at different overall displacement levels (S. Graff et al., Mat. Sci. Engineering A, 387-389, 2004, 181-186.

Par ailleurs, les résultats délivrés à l’échelle locale par ces deux types d’approches (champs moyens et champs complets) sont comparés en vue de leur identification sur des données expérimentales à l’échelle locale (e.g champ de déformation élastique mesuré par microdiffraction, champ de déformation plastique mesuré par corrélation d’image etc. cf. Méthodes d’identification et de validation). A l’échelle intragranulaire du polycristal, le comportement collectif des défauts est étudié à l’aide de la méthode de la dynamique des dislocations (Fig. 2) afin d’obtenir une loi de comportement constitutive intégrable dans un cadre continu.

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Fig. 2 : Steady-state dislocation configurations for four types of reactions : (a) glissile, (b) Lomer, (c) Hirth and (d) collinear. (Devincre et al., Scripta Mat.,54, 2006, 741-746).

En relation avec d’autres équipes françaises, la F2M organise diverses journées d’études et participe à plusieurs groupements de recherche (GDR). Citons par exemple les Journées NANO ou bien le GDR MECANO portant sur la mécanique de nano-objets. Elle est aussi fortement impliquée dans l’organisation des différentes éditions d’écoles thématiques comme par exemple l’École d’été CNRS sur l’homogénéisation en mécanique des matériaux ou encore Aussois 2004. Sur le plan européen, les équipes de la F2M sont impliquées dans le GDRE HETMAT –Matériaux hétérogènes (lire paragraphe Actions internationales).