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Du ruban adhésif pour mieux comprendre la propagation des fractures

13/11/2020

Pour montrer que les fractures brutales peuvent être dues à des dégagements thermiques intenses et ainsi mieux comprendre la fragilité de la matière, Tom Vincent-Dospital s’est intéressé à la dynamique de pelage d’un modèle physique de notre quotidien : le ruban adhésif. Un sujet de thèse que le doctorant de l’Institut de physique du globe de Strasbourg a soutenu en novembre.

Renaud Toussaint et Tom Vincent-Dospital
sont chercheurs à l’Institut de physique du
globe. Photo MR

« En débutant ma thèse en 2017 sur les effets thermiques dans la fracturation, je ne pensais pas que j’analyserai le comportement des rouleaux de ruban adhésif », sourit Tom Vincent-Dospital qui précise que les objets les mieux étudiés ne sont pas toujours ceux auxquels on pourrait penser… Le doctorant s’intéresse à une question fondamentale de la physique de la rupture : Qu’est-ce qui explique, dans une fissure le passage d’un régime lent à un régime rapide ?

La température, moteur de la propagation de la fissure

 « Si je tire le scotch doucement, il se déroule lentement. Si je tire avec davantage de force, le déroulement s’accélère de façon continue jusqu’à un certain seuil à partir duquel le scotch se déroule, d’un coup, beaucoup plus rapidement. Cas dans lequel l’énergie accumulée se relâche brutalement, et à partir duquel le pelage du rouleau devient bruyant. Dans la nature, ce type de phénomène peut provoquer des catastrophes comme des tremblements de terre », explique Tom Vincent-Dospital qui mène ses expériences en collaboration avec des chercheurs d’Oslo, de Saclay, et de Lyon, où une machine à peler le ruban adhésif à différentes vitesses a été construite.

Pour les chercheurs, l’explication de l’accélération de la fracture est d’ordre thermique. « Lorsqu’on tire doucement, il y a peu d’élévation thermique au niveau du front de pelage. Mais si je tire vite, de l’énergie se libère sous forme de chaleur. La température de la fissure devient importante, il y a alors un effet d’emballement thermique : la rupture se propage ce qui fait augmenter sa température, et l'accélère en retour, etc… un effet qui explique le passage lent à rapide du déroulement du ruban adhésif. L’élévation de température devenant un moteur de propagation de la fissure. »

Une lumière bleutée

Un autre effet observé corrobore cette hypothèse : En tirant le ruban adhésif dans une pièce sombre de manière rapide, il émet une lumière bleutée. « Une expérience facile à réaliser à la maison », glisse le doctorant. « Nous pensons qu’elle peut être due à des températures au-delà de mille degrés, à très petite échelle autour du front de décollement, dans les phases rapides. Des températures similaires à celles expliquant la couleur de certaines étoiles ou du cœur de la flamme d’une bougie », ajoute Renaud Toussaint, son directeur de thèse, qui précise que leur modèle s’applique également aux fissures dans les verres polymériques de type Plexiglas.

Une lumière bleutée est observée
lorsqu'un ruban adhésif est pelé dans
le noir. Photo DR

Une piste qui permettrait d’expliquer les ruptures brutales des failles sismiques notamment. « La dynamique de la rupture est un problème courant en géosciences dont nous ne comprenons pas complètement encore les mécanismes de base. Mieux comprendre les cassures, permettrait également de travailler sur le renforcement des matériaux de notre quotidien qui sont, pour la plupart d’entre eux, exposés à un risque de fracture », conclut le chercheur.

Marion Riegert