CHAPITRE 2 – PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES
89
5.5. Fractographie
La fracture d’un objet en verre a généralement pour origine un point
de sa surface. La surface créée par la fracture présente toujours les
mêmes caractères si on l’observe à l’œil nu ou par des moyens optiques
(Fig. 2.39). Tout autour de l’origine existe une région à surface lisse appelée zone miroir. Elle correspond à un taux de libération d’énergie faible.
Au-delà se trouve une zone où la surface présente un léger relief ; c’est la
zone grenue. Celle-ci se prolonge par une région où apparaissent des
« lancettes », aspérités orientées vers l’origine. On appelle cette troisième
région la zone déchiquetée (Fig. 2.39).
Observées au microscope à force atomique [93, 94], les zones miroir,
grenue et déchiquetée apparaissent toutes trois composées de reliefs élémentaires de taille nanométrique. La densité de ces reliefs et la rugosité
augmentent de façon continue lorsqu’on passe de la zone miroir à la zone
grenue puis à la zone déchiquetée. La longueur caractéristique de ces
reliefs élémentaires est de l’ordre d’une dizaine de nanomètres. Cette
structure laisse penser que la fracture avance par création de
« nanofissures » en avant du front principal et par la progression du front
due à la coalescence des nanofissures avec la fissure principale. La longueur caractéristique des reliefs correspondrait à une certaine hétérogénéité dans le verre manifestée par des fluctuations des propriétés
mécaniques sur des distances de quelques nanomètres.
La rugosité de la zone miroir d’un verre recuit est plus forte que celle
du même verre trempé [94, 105]. Cette observation peut s’interpréter en
considérant que les mouvements structuraux ont davantage le temps de
s’effectuer durant le traitement de recuisson que pendant la trempe.
Dans le verre recuit, dont la température fictive est basse, les régions où
les réarrangements moléculaires coopératifs prévus par la théorie d’Adam
et Gibbs se sont produits, sont plus volumineuses que dans le verre
trempé, dont la température est élevée, d’où une hétérogénéité plus grossière dans le verre recuit.
Bien que la rugosité augmente continûment lorsqu’on s’éloigne du
défaut, il est possible d’estimer avec une assez bonne précision la distance r m à partir de laquelle on passe de la zone miroir à la zone grenue.
Cette frontière correspond, pour la fissure progressante, à des valeurs
constantes du taux de libération d’énergie élastique G et du facteur
d’intensité de contrainte K I [106]. Si le rayon r m de la zone miroir est petit
par rapport à l’épaisseur de la pièce de verre, les équations (A6.10) et
(A6.11) de l’annexe A.6 sont valables. On a donc :
(2.7)
σ a πr m
(
)
1/2
K Im cte
=
≈
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5.5. Fractographie
La fracture d’un objet en verre a généralement pour origine un point
de sa surface. La surface créée par la fracture présente toujours les
mêmes caractères si on l’observe à l’œil nu ou par des moyens optiques
(Fig. 2.39). Tout autour de l’origine existe une région à surface lisse appelée zone miroir. Elle correspond à un taux de libération d’énergie faible.
Au-delà se trouve une zone où la surface présente un léger relief ; c’est la
zone grenue. Celle-ci se prolonge par une région où apparaissent des
« lancettes », aspérités orientées vers l’origine. On appelle cette troisième
région la zone déchiquetée (Fig. 2.39).
Observées au microscope à force atomique [93, 94], les zones miroir,
grenue et déchiquetée apparaissent toutes trois composées de reliefs élémentaires de taille nanométrique. La densité de ces reliefs et la rugosité
augmentent de façon continue lorsqu’on passe de la zone miroir à la zone
grenue puis à la zone déchiquetée. La longueur caractéristique de ces
reliefs élémentaires est de l’ordre d’une dizaine de nanomètres. Cette
structure laisse penser que la fracture avance par création de
« nanofissures » en avant du front principal et par la progression du front
due à la coalescence des nanofissures avec la fissure principale. La longueur caractéristique des reliefs correspondrait à une certaine hétérogénéité dans le verre manifestée par des fluctuations des propriétés
mécaniques sur des distances de quelques nanomètres.
La rugosité de la zone miroir d’un verre recuit est plus forte que celle
du même verre trempé [94, 105]. Cette observation peut s’interpréter en
considérant que les mouvements structuraux ont davantage le temps de
s’effectuer durant le traitement de recuisson que pendant la trempe.
Dans le verre recuit, dont la température fictive est basse, les régions où
les réarrangements moléculaires coopératifs prévus par la théorie d’Adam
et Gibbs se sont produits, sont plus volumineuses que dans le verre
trempé, dont la température est élevée, d’où une hétérogénéité plus grossière dans le verre recuit.
Bien que la rugosité augmente continûment lorsqu’on s’éloigne du
défaut, il est possible d’estimer avec une assez bonne précision la distance r m à partir de laquelle on passe de la zone miroir à la zone grenue.
Cette frontière correspond, pour la fissure progressante, à des valeurs
constantes du taux de libération d’énergie élastique G et du facteur
d’intensité de contrainte K I [106]. Si le rayon r m de la zone miroir est petit
par rapport à l’épaisseur de la pièce de verre, les équations (A6.10) et
(A6.11) de l’annexe A.6 sont valables. On a donc :
(2.7)
σ a πr m
(
)
1/2
K Im cte
=
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