Cutting Soft Materials

Découpe de matériaux souples La découpe est un processus omniprésent avec des implications étendues, tant culturellement que technologiquement. En expérimentant à la table de cuisine, nous apprenons rapidement que la manière la plus facile de couper des solides mous avec un couteau est par une action de tranchage, c'est-à-dire en faisant glisser la lame tranchante sur la surface molle sans trop pousser dessus ; en effet, pousser trop fort avec le bord d'un couteau dans un solide mou ne fait que l'écraser. De plus, l'application d'une compression dans un plan orthogonal à la direction de la coupe peut être d'une grande aide pour guider la découpe. Cependant, de manière plus générale, les forces appliquées à la fois pour la coupe et pour maintenir l'objet sont responsables de grandes contraintes inconfortables, qui induisent de fortes perturbations dans la forme finale des pièces. Au-delà de ces exemples quotidiens, la découpe des matériaux mous présente un grand intérêt dans le traitement industriel des aliments, dans l'analyse des tissus dans le contexte de l'histologie, etc. [1]. Les premiers développements de la science et de la technologie de la découpe étaient principalement consacrés à l'usinage des métaux et se concentraient sur les déformations plastiques induites par le mouvement des lames à travers le matériau. L'importance de la ténacité à la rupture dans la découpe n'a été reconnue qu'à partir des années 60, après le développement de la mécanique de la rupture élastique linéaire, ce qui a conduit à des avancées importantes dans la compréhension de la mécanique de la découpe des matériaux plus cassants [2]. Cependant, une vue physique unifiée de la découpe, adaptée à une plus large classe de matériaux, fait toujours défaut, notamment pour les matériaux mous. Les outils standards de la mécanique de la rupture élastique linéaire ne sont pas adaptés pour traiter un problème où la fissuration se produit directement au niveau des lèvres de la fissure plutôt que de manière éloignée. Les champs locaux de fissuration sont fortement couplés avec la forme et le mouvement de la lame, impliquant des problèmes subtils d'adhésion et de friction. Dans ce contexte, l'énergie de rupture et la direction de propagation ne sont pas indépendantes de la forme de la lame et de nouveaux outils doivent être développés pour les décrire. Bien que le cas des matériaux mous soit d'une importance particulière pour de nombreuses applications industrielles, très peu d'outils sont disponibles pour traiter les déformations très fortement non linéaires à différentes échelles, ce qui rend difficile la découpe de pièces de la forme désirée avec une bonne finition de surface. Ce projet vise à réaliser des expériences de découpe sur des matériaux mous modèles dans des situations contrôlées, afin de combler cette lacune, tout en profitant des avancées significatives récemment réalisées dans le domaine de la rupture et de l'adhésion des matériaux dissipatifs mous [3]. D'une part, nous visons à clarifier les notions pertinentes d'énergie de découpe et de directionnalité de la coupe en fonction de la forme et du mouvement de la lame.[1] E. Reyssat, T. Tallinen,1, M. Le Merrer, and L. Mahadevan. Slicing Softly with Shear. PRL 109, 244301 (2012).[2] T. Atkins. The Science and Engineering of Cutting (2009).[3] C. Creton and M. Ciccotti. Fracture and adhesion of soft materials: a review, Reports on Progress in Physics, 79, Art N. 046601 (2016).