Multi-scale characterization and simulation of fracture in nacre-like ceramics

Caractérisation et simulation multi-échelles de la rupture dans les nacres artificielles céramiques La résistance à rupture et la ténacité d’un matériau sont souvent considérées comme deux propriétés mutuellement exclusives. Les céramiques présentent ainsi une grande résistance mécanique et sont très rigides, mais leurs liaisons iono-covalentes ne permettent pas une grande mobilité des dislocations, qui est le principal mécanisme de la plasticité. Ainsi, la capacité des céramiques à résister à la propagation de fissures est faible, notamment par rapport aux métaux. De ce fait, une rupture fragile est souvent observée lors d’essais sur des céramiques, associée à une faible ténacité. Ceci est particulièrement le cas à température ambiante. Par conséquent, l’augmentation de la ténacité dans les céramiques est un sujet de recherche important et a été largement étudié au cours de ces dernières décennies. Les nacres d’alumine sont des composites céramiques presque exclusivement composés de plaquette d’alumine monocristalline, mais dont la microstructure et le fort contraste de propriétés élastiques et à rupture induisent une ténacité plus importante que l’alumine polycristalline. Cependant, la caractérisation de la rupture dans les nacres d’alumine présente des limitations que les présents travaux de thèse cherchent à lever. Pour cela, un dialogue essais-calculs est mis en place, où des essais de flexion et des analyses fractographiques alimentent des simulations éléments finis. L’effet de l’anisotropie des propriétés élastiques et des propriétés à rupture sur l’amorçage de fissure est étudié. Cela permet de définir des pistes pour optimiser la nacre d’alumine par rapport à l’amorçage de fissure. Généralement, la rupture de la nacre d’alumine est étudiée en considérant une unique orientation de la microstructure par rapport à la direction de sollicitation. L’influence de l’orientation des plaquettes sur l’amorçage de fissure est donc étudiée. Enfin, des perspectives sont données. Certaines donnent des pistes pour améliorer la nacre d’alumine par rapport à l’amorçage d’une fissure, tandis que d’autres exposes des aspects de la caractérisation de la nacre d’alumine qui n’ont pas encore été complètement traités .