La façon dont les choses se déforment et se cassent est importante pour les ingénieurs, car cela les aide à choisir et à concevoir les matériaux qu'ils vont utiliser pour construire des choses. Des chercheurs de l'Université Aalto et de l'Université de Tampere ont étiré des échantillons d'alliages métalliques jusqu'à leur point de rupture et les ont filmés à l'aide de caméras ultra-rapides pour étudier ce qui se passe. Leurs découvertes ont le potentiel d'ouvrir une toute nouvelle voie de recherche dans l'étude de la déformation des matériaux.

Lorsque les matériaux s'étirent un peu, ils s'étendent, et quand l'étirement s'arrête, ils reprennent leur taille d'origine. Cependant, si un matériau s'étire beaucoup, ils ne reviennent plus à leur taille d'origine. Cet étirement excessif est appelé déformation « plastique ». Les matériaux qui ont commencé à être déformés plastiquement se comportent différemment lorsqu'ils sont encore plus étirés, et finalement casser en deux. Certains matériaux, y compris les alliages d'aluminium légers utilisés dans les applications de haute technologie comme les voitures et les avions, commencent à se déformer de manière imprévisible lorsqu'ils se déforment plastiquement. Le problème spécifique que les chercheurs souhaitaient résoudre s'appelle l'effet Portevin-Le Chatelier (PLC), où des bandes de déformation dans le matériau se déplacent au fur et à mesure qu'il s'étire. Le mouvement de ces bandes provoque la déformation imprévisible, et les chercheurs voulaient mieux comprendre comment ils se déplaçaient, pour pouvoir mieux prédire comment ces matériaux se déformeraient. "Il y avait des modèles sur la façon dont ces matériaux se déformaient, " a déclaré le professeur Mikko Alava, le chef du groupe de recherche à Aalto, "mais jusqu'à maintenant, ils n'étaient pas très utiles."

Pour développer le nouveau modèle, les chercheurs ont utilisé des caméras à très haute vitesse, éclairé à la lumière laser, photographier les échantillons. Une fois ces données recueillies, ils ont pu voir quels modèles théoriques correspondaient aux données. Ils ont trouvé qu'un modèle pour le comportement des aimants, appelé le modèle ABBM, pourrait être utilisé pour prédire le comportement des matériaux car ils se sont très bien déformés. Le modèle ABBM est bien établi en science des matériaux pour décrire le changement de magnétisation dans les aimants. "L'art de la théorie de ce travail consistait à réaliser quels paramètres du matériau s'alignaient sur les paramètres d'une version évoluée du modèle ABBM, " a déclaré le professeur Alava, "et puis en rassemblant la grande quantité de données que nous avons fait, nous avons pu montrer comment le modèle pouvait être utilisé pour prédire la déformation de ces matériaux. » Les résultats sont publiés dans Avancées scientifiques .

"Jusqu'à présent la résolution temporelle des expériences n'était pas suffisante pour la comparaison avec ce type de modèle, " a déclaré Tero Mäkinen, doctorant avec la responsabilité majeure des études. "Le mouvement des bandes de déformation a été étudié précédemment, en particulier dans la communauté des sciences des matériaux, mais il faut vraiment voir les moindres détails pour pouvoir montrer que les bandes se comportent, dans un certain sens, de la même manière que des aimants."

"Il est tout à fait remarquable que deux phénomènes apparemment si différents - changement d'aimantation dans les aimants et propagation des bandes de déformation dans les alliages - puissent être décrits avec le même, modèle de physique statistique simple, " déclare le professeur agrégé Lasse Laurson de l'Université de Tampere, qui a participé à l'étude.

La recherche a été longue à venir. "J'ai d'abord eu l'idée générale vers 2015, " explique le professeur Alava, mais maintenant que le modèle s'applique à l'effet PLC dans les alliages d'aluminium, le groupe souhaite tester si cela s'applique à une gamme plus large d'alliages métalliques. « Il existe plusieurs types différents de bandes CPL qui peuvent exister dans les matériaux, nous l'avons montré pour un type, et maintenant nous voulons voir si cela s'applique à tous."