Une carte montrant l'orientation cristallographique d'une région qui contenait à l'origine un vide, qui a ensuite été soumis à un deuxième chargement de choc (l'onde de choc est passée du bas vers le haut de l'image). Le vide a été recompacté avec suffisamment d'énergie pour non seulement atteindre un état complètement dense, mais entraîne une recristallisation à l'interface, comme en témoigne la mince bande de très petits grains. Crédit :David Jones
Lorsqu'un matériau est soumis à une charge extrême sous forme d'onde de choc ou de souffle, les dommages se forment souvent à l'intérieur par un processus appelé fracture par éclats.
Étant donné que ces types d'événements intenses sont rarement isolés, des recherches sont nécessaires pour savoir comment les matériaux endommagés réagissent aux ondes de choc ultérieures – une pièce d'armure n'est pas très utile si elle se désintègre après un impact.
A la surprise des chercheurs, une expérimentation récente sur la rupture par éclats dans les métaux a révélé que, dans certains cas, il y avait un manque presque complet de dommages avec seulement une mince bande de microstructure altérée observée. D'habitude, dans ce genre de conditions, le matériau contiendrait des centaines de petits vides et fissures.
Dans un article pour le Journal de physique appliquée , des chercheurs du Laboratoire national de Los Alamos ont déterminé exactement pourquoi les dommages attendus manquaient.
"Des hypothèses contradictoires ont été suggérées pour l'absence de dommages. Y a-t-il eu une sorte de renforcement, pour que les dommages ne se soient jamais nucléés, ou le dommage a-t-il été recompacté à un état complètement dense par un autre chargement ?", a déclaré l'auteur David Jones. "En divisant l'expérience en deux phases - la formation des dommages et le recompactage - nous avons pu déterminer quelle hypothèse était correcte."
Les matériaux subissant des dommages de choc à des taux de déformation élevés à la suite d'un impact soudain présenteront un comportement significativement différent de celui de leur réponse dans des conditions standard, essais mécaniques à faible cadence.
Les chercheurs ont utilisé des expériences d'impact de plaque de dépliant avec un pistolet à gaz pour endommager les premiers échantillons, puis impacter ces échantillons une deuxième fois pour voir comment l'onde de choc interagit avec le champ de dommages, ce qui n'avait pas été fait auparavant. Ils ont découvert qu'une contrainte de choc de seulement 2 à 3 gigapascals recompactait en fait une cible de cuivre endommagée et créait une nouvelle liaison où les surfaces autrefois brisées étaient réunies.
"Cette recherche, où des expériences minutieuses sont utilisées pour isoler la résistance et la réponse aux dommages d'un matériau sous charge de choc, aide à révéler comment la microstructure joue un rôle clé dans la réponse dynamique, " dit Jones.
Les auteurs espèrent que l'avenir de la recherche en physique des chocs impliquera la prochaine génération de lasers à rayons X à électrons libres, un outil qui change la donne.
« Pouvoir imager en temps réel ces échelles micrométriques, les événements de dommages d'une microseconde dans les métaux constitueront un changement de paradigme dans le diagnostic de la physique des chocs, " dit Jones.
