Pourquoi les fissures se connectent rarement par leur pointe
Why cracks rarely connect tip to tip
Marie-Emeline Schwaab, Thierry Biben et Loïc Vanel (équipes Liquides et Interfaces et MMCI), en collaboration avec des collègues de Lyon, ont publié un article intitulé "Interacting cracks obey a multi-scale attractive to repulsive transition" dans la revue Physical Review Letters. Cet article a fait l'objet d'une actualité sur le site Physics de l’APS.
Marie-Emeline Schwaab, Thierry Biben et Loïc Vanel (équipes Liquides et Interfaces et MMCI), with colleagues from Lyon, published an article entitled "Interacting cracks obey a multi-scale attractive to repulsive transition" in the journal Physical Review Letters This article has been highlighted in a Synopsis [https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.120.255501] on the APS website Physics.
Le comportement physique des matériaux multi-fracturés est relié aux motifs formés suite à la croissance des fissures. Quand deux fissures initialement parallèles se dirigent l’une vers l’autre, il est attendu qu’elles s’attirent en suivant une trajectoire universelle jusqu’à se rejoindre à angle droit. Nos prédictions théoriques, obtenues à l’aide de simulations numériques, montrent que lorsque les fissures sont suffisamment proches elles vont d’abord suivre un chemin répulsif, en s’éloignant l’une de l’autre, de telle sorte qu’il est en pratique très difficile pour deux fissures de se connecter pointe à pointe.
Ce comportement permet d’expliquer l’omniprésence des trajectoires en crochet observées dans l’environnement naturel ou le contexte industriel, sur une très large gamme d’échelle. Par exemple, ces résultats sont importants pour l’électronique flexible, où l’évitement des fissures dans des films métalliques minces peut aider à maintenir leur conductivité électrique. Cette capacité à prédire la répulsion des fissures est également importante dans des environnements géologiques. C’est en particulier un comportement courant pour les longues fissures observées dans les croutes glaciaires des pôles ou le long des failles tectoniques.
Ce comportement permet d’expliquer l’omniprésence des trajectoires en crochet observées dans l’environnement naturel ou le contexte industriel, sur une très large gamme d’échelle. Par exemple, ces résultats sont importants pour l’électronique flexible, où l’évitement des fissures dans des films métalliques minces peut aider à maintenir leur conductivité électrique. Cette capacité à prédire la répulsion des fissures est également importante dans des environnements géologiques. C’est en particulier un comportement courant pour les longues fissures observées dans les croutes glaciaires des pôles ou le long des failles tectoniques.
The physical behavior of multiply fractured materials is determined by the patterns that growing interacting cracks have formed. When two initially parallel cracks connect to each other, their trajectories are expected to curve in a universal attractive path until they intersect orthogonally. Our theoretical predictions, obtained using computational methods, show that when the two cracks are sufficiently close to each other they will first follow a repulsive path, curving away from each other, so that it is in practice very difficult for the cracks to join each other tip to tip.
This behavior provides an explanation for the ubiquitous hook-shaped path observed in many natural settings or industrial applications, over a large magnitude of scales. For instance, our results apply to stretchable electronics, where crack avoiding each other in thin metallic films will help electronic components to maintain their electrical conductivity. The ability to predict crack repulsion is also important in geological problems since it becomes a predominant behavior for very long cracks such as those forming in arctic ice, or along fault lines.
This behavior provides an explanation for the ubiquitous hook-shaped path observed in many natural settings or industrial applications, over a large magnitude of scales. For instance, our results apply to stretchable electronics, where crack avoiding each other in thin metallic films will help electronic components to maintain their electrical conductivity. The ability to predict crack repulsion is also important in geological problems since it becomes a predominant behavior for very long cracks such as those forming in arctic ice, or along fault lines.
