Sur les mécanismes de rayures des vernis de finition automobiles

Chapitre 4 - Les rayures fragiles
Analyse énergétique de la rupture
1.1 Introduction
Peu de travaux dans la littérature concernant les vernis de finition automobile
proposent une approche énergétique de l'apparition de la rupture dans la rayure. Dans les
paragraphes suivants, nous résumons les points principaux de la mécanique de la rupture
appliquée aux polymères que nous élargissons ensuite au cas de la rayure des vernis.
1.2 Critère en énergie de rupture
1.2.1 Introduction
Une fracture a toujours comme point de départ un défaut préexistant du matériau.
L'application d'une contrainte au niveau de ce défaut provoque la propagation de la fissure
dont la conséquence peut être la rupture du matériau. Deux approches distinctes mais
équivalentes ont été développées pour décrire le phénomène.
La première est un critère énergétique proposée tout d'abord par Griffith' pour les
matériaux fragiles et complétée par Orowan2 pour les matériaux ductiles. La rupture a lieu
quand suffisamment d'énergie est libérée du champ de contraintes pour propager la fissure et
créer de nouvelles surfaces. Cette énergie provient des énergies élastique et potentielle du
matériau. Cette approche fournit une mesure de l'énergie nécessaire pour accroître une fissure
d'une unité d'aire. Cette énergie est appelée énergie de rupture ou taux critique de restitution
d'énergie et est notée G (Jim2).
La seconde approche développée par Irwin3 suppose que le champ de contraintes
autour d'une fissure dans un matériau élastique linéaire peut être défini uniquement par K, le
facteur d'intensité de contrainte (MPalm"2). La rupture a lieu lorsque K atteint la valeur
critique IÇ, appelée ténacité. Alors que K est un paramètre du champ de contraintes
indépendant du matériau, K est une propriété intrinsèque du matériau.
Afin de développer ces deux approches, considérons un échantillon de matière
d'épaisseur e (figure 1) contenant une fissure de longueur c, sur lequel est appliquée une
contrainte de traction .
On note E le module d'Young de ce matériau.
2
Griffith A. A. ; Phìl. Trans. Roy. Soc., A221 (1920) 163.
Orowan E. Repts. Prog. Phys., 12(1948) 185.
Irwin G. R. ; AppI. Mats, Res., 3 (1964) 65.
71