StickSlip — Dynamique de rupture saccadée dans les polymères

L’instabilité dynamique de rupture qui concerne ce projet est une instabilité dite de stick-slip correspondant à la croissance saccadée d’une fissure. Les instabilités de stick-slip sont observées dans de nombreux systèmes, notamment dans les caoutchoucs hétérogènes utilisés dans l’industrie du pneu ainsi que lors du pelage à grande vitesse d’adhésifs dans les procédés industriels d’étiquetage automatisé, le collage de pièces automobiles ou encore la pose de ruban d’étanchéité pour des applications électroniques. Globalement, les gênes occasionnées par le stick-slip dans les bandes adhésives réduisent la productivité industrielle et limitent le développement de nouvelles solutions techniques. Du point de vue de la science fondamentale, la dépendance non monotone de l’énergie de rupture avec la vitesse de la fissure, responsable du déclenchement de l’instabilité de stick-slip, demeure difficile à comprendre quantitativement. Cette difficulté provient de l’interaction complexe entre la géométrie de rupture, la réponse mécanique non linéaire des matériaux sollicités à de grandes déformations et la présence d’hétérogénéités, issues de la microstructure du matériau ou bien induites par le mécanisme de rupture. De plus, les divers paramètres physiques qui ont un effet sur l’instabilité de stick-slip ont très rarement été corrélés aux caractéristiques de la dynamique de stick-slip (vitesses, durées et amplitudes de stick et de slip). Le projet StickSlip développera et/ou utilisera des outils expérimentaux nouveaux et conçus sur mesure afin de résoudre temporellement et spatialement le mouvement du front de fissure pendant un cycle de stick-slip dans deux situations : (i) la rupture d’un adhésif à l’interface entre un film support et un substrat ; (ii) la rupture en volume d’un élastomère. Les expériences que nous proposons donneront un nouvel éclairage sur les instabilités de stick-slip en rupture. La mesure des caractéristiques détaillées du mouvement de stick-slip nous permettra d’identifier les paramètres clés contrôlant l’instabilité (géométrie, rhéologie de l’adhésif ou de l’élastomère). Les expériences proposées permettront également de tester de nouvelles idées concernant l’effet d’hétérogénéités interfaciales ou en volume sur le stick-slip. Le mouvement collectif intermittent qui se produit lors d’un stick-slip adhésif pourrait être perturbé par la présence d’hétérogénéités. Un objectif majeur du projet est de comprendre si les hétérogénéités peuvent, dans certaines conditions, faire disparaître l’instabilité de stick-slip à l’échelle macroscopique en détruisant les corrélations à grande échelle, et en confinant la dynamique de stick-slip à des petites échelles moins dommageables pour les applications industrielles. Etre capable de contrôler proprement les hétérogénéités est un enjeu important du projet. D’une part, les études que nous proposons sont importantes pour la science fondamentale puisqu’elles permettront d’approfondir notre compréhension de la dépendance en vitesse de l’énergie de rupture au voisinage de l’instabilité et même, de l’étendre au cas très peu exploré de matériaux présentant des hétérogénéités de surface ou de volume. Les comparaisons entre le pelage adhésif et la rupture d’élastomère nous permettront de valider la généralité de notre analyse. D’autre part, l’obtention de nouvelles solutions pour contrôler l’instabilité (contrôle de la géométrie, contrôle de la rhéologie du polymère, contrôle des hétérogénéités) pourraient permettre des avancées significatives dans les applications industrielles. Dans ce cadre, le soutien technique offert par Bluestar Silicones sera une valeur ajoutée importante pour le projet.