Mobilité moléculaire et mécanismes relaxationnels

L’étude des mécanismes relaxationnels dans les matériaux amorphes intéresse depuis toujours l’équipe PVMH dont le fondateur (J. Perez) avait proposé une explication.  Des questions perdurent, à la fois sur les évènements précurseurs de la relaxation  α  et le déroulement de cette dernière, mais aussi sur l’influence des hétérogénéitiés et de la structure moléculaire des matériaux. La thèse de C. souillard (CIFRE Michelin) a ainsi porté sur les relaxations α et β de différents poly(Styrene-co- Butadiene) dont on a fait varier la structure chimique, ou que l’on a mélangé avec des résines. Un résultat marquant (Polymer, 2018) aura été de montrer la nature très localisée de la relaxation β  au niveau des unités butadiènes, indifféremment en configuration cis ou trans. La relaxation α étant plus lié à au caractère amorphe du matériau qu’à sa nature, l’équipe a été pionnière dans l’étude des verres métalliques. Du fait de leurs propriétés (haute limite élastique, dureté élevée, bonne résistance à l’usure ou la corrosion) l’intérêt pour ces derniers n’a cessé de croitre depuis que leur composition permet de les obtenir avec des dimensions centimétriques. 

Au laboratoire, cela se traduit par la création d’une thématique transverse qui leur est dédié. L’expertise de l’équipe réside dans leur caractérisation mécanique et dans l’analyse de leur comportement en lien avec leur composition, expertise appliquée à plusieurs type de verres métalliques, fournis dans le cadre de collaboration très active avec la Chine (Xi’an et Pekin  Univ.) et le Japon (Univ. Tohoku). Une publication de revue a été récemment acceptée dans « Progress in Material Science ». Ces travaux expérimentaux sont complétés par de la simulation par dynamique moléculaire (en collaboration avec le LAMCOS et l'ILM), d’abord appliquée à des verres de silice (plus simple chimiquement). Elle a montré que l’initiation de la plasticité via la nucléation des « shear transformation zones » dépend fortement de la directionnalité des liaisons interatomiques qui contrôle l’ordre local. Par ailleurs, la viscosité apparente peut être associée à une échelle de temps caractéristique liée à la relaxation α, mesurée par la fonction de diffusion intermédiaire ou par les coefficients de diffusion.  Enfin, la loi de comportement non-linéaire est explicable par un modèle simple basé sur la compétition entre nucléation et propagation diffusive des évènements plastiques.