Instantané des déformations du matériau formées par une seule fissure se propageant rapidement se déplaçant de gauche à droite. Crédit : Meng Wang, Université hébraïque
Des scientifiques de l’Institut de physique Racah de l’Université hébraïque de Jérusalem ont dévoilé des découvertes qui remettent en question les croyances traditionnelles en mécanique de la rupture. Dirigée par le Dr Meng Wang, le Dr Songlin Shi et le professeur Jay Fineberg, l’équipe de recherche a expérimentalement montré la présence de fissures de traction « supershear » qui dépassent les limites de vitesse classiques établies et approchent des vitesses presque supersoniques.
Fissure classique se déplaçant à la moitié de la vitesse du son. Crédit : Meng Wang, Université hébraïque
Traditionnellement, on a observé que les matériaux fragiles se rompaient par la propagation rapide des fissures. La mécanique classique de la rupture décrit le mouvement des fissures de traction qui libèrent de l’énergie élastique dans une zone localisée à leurs extrémités, limitant leur vitesse à la vitesse d’onde de Rayleigh (RC). Cependant, les découvertes récentes des chercheurs de l’Université hébraïque indiquent un changement de paradigme dans cette compréhension.
En utilisant des matériaux néo-hookéens fragiles dans leurs expériences, l’équipe a identifié l’apparition de fissures de traction « supershear » qui accélèrent en douceur au-delà de la limite de vitesse classique de RC. Étonnamment, on a observé que ces fissures dépassaient la vitesse des ondes de cisaillement (CS) aussi. Dans certains cas, les vitesses de ces fissures de supercisaillement se sont approchées des vitesses d’onde de dilatation, présentant des phénomènes jusqu’alors inobservés en mécanique classique de la rupture.
L’onde de choc de la fissure supersonique – analogue à un bang sonique. Crédit : Meng Wang, Université hébraïque
L’un des aspects les plus remarquables de la découverte est l’observation que la dynamique du supercisaillement est régie par des principes différents de ceux qui guident les fissures classiques. Ce mode non classique de rupture par traction n’est pas un événement aléatoire ; il est plutôt excité à des niveaux de déformation critiques qui dépendent des propriétés du matériau.
« Cette découverte représente un changement fondamental dans notre compréhension du processus de fracture dans les matériaux fragiles », a commenté le professeur Jay Fineberg, l’auteur correspondant de la recherche. « En démontrant l’existence de fissures de traction en supercisaillement et leur capacité à dépasser les limites de vitesse classiques, nous avons ouvert de nouvelles voies pour étudier la mécanique de la rupture et ses applications. »
Système expérimental qui génère des séismes de laboratoire supersoniques au laboratoire de l’Université hébraïque. Crédit : Meng Wang, Université hébraïque
Les implications de cette recherche s’étendent au-delà du domaine de la physique. En montrant que les fissures de traction peuvent dépasser leurs limites de vitesse classiques, les chercheurs ont ouvert la voie à une nouvelle compréhension de la mécanique de la rupture.
