Le rôle crucial des interfaces et interphases dans les problèmes structuraux de nombreux domaines de l’ingénierie (génie civil, génie mécanique, biomécanique, électronique etc.) est désormais bien connu. Notamment elles peuvent fortement conditionner la réponse globale des structures sous sollicitations sévères.
Nos travaux de recherche portent de manière générale sur la modélisation mécanique des interphases et interfaces solides, c’est-à-dire sur l’analyse et la description mécanique de phénomènes dérivant de l’interaction entre deux solides déformables dans le cas des interfaces, et de la présence d’une couche mince (cf. adhésif, zone d’interaction physico-chimique, « troisième corps », etc.) entre solides (cf. adhérents) dans le cas des interphases.
Les problèmes d’interphase/interface sont par nature, multi-échelle. Le but principal de leur étude est souvent de décrire à l’échelle macroscopique (cf. du comportement global des structures) les effets de phénomènes ayant lieu à l’échelle microscopique et nanométrique des zones d’interactions. Les questions scientifiques qui se posent sont multiples et concernent notamment les phénomènes d’adhésion, de frottement, d’endommagement, ainsi que les propriétés spécifiques des surfaces comme la microgéométrie. La compréhension de ces phénomènes est rendue particulièrement difficile lorsqu’ils se situent au sein d’un contact ne permettant pas une observation directe. Cette difficulté se trouve exacerbée lorsqu’on traite des problèmes d’interfaces imparfaites, c’est-à-dire quand les surfaces mécaniques doivent accommoder des déplacements relatifs et transmettre des efforts.
Nous nous focalisons en particulier sur les interfaces imparfaites de type soft et hard, selon la classification des différents régimes d’interface imparfaite de Benveniste et Miloh [1]. En général, les lois d’interface imparfaite décrivent la relation entre le vecteur des contraintes d’interface et le vecteur des déplacements relatifs. Lorsqu’on a une continuité à l’interface en terme de contraintes (i.e. saut nul de contraintes à l’interface) et une discontinuité (i.e. saut non nul) en termes de déplacements, on parle d’interface soft (ou interface « spring-like ») ; tandis que l’on définit une interface hard quand on a à la fois une discontinuité des contraintes d’interface et une discontinuité des déplacements relatifs.
L’objectif principal de nos recherches est de développer des nouvelles lois d’interface imparfaite capables de tenir compte des phénomènes physiques principaux de la zone de contact ou de la couche mince qu’on souhaite modéliser. Pour ce faire, une double approche d’homogénéisation est utilisée [2] : les lois analytiques régissant le problème d’interface imparfaite (conditions d’interface, lois d’évolution, etc.) sont dérivées en s’appuyant sur la théorie des développements asymptotiques à l’ordre supérieur ; les propriétés mécaniques effectives de l’interphase sont dérivées via l’homogénéisation micromécanique.
Une telle approche a permis d’obtenir des lois d’interface imparfaite linéaires [2, 3] et non-linéaires [4-6] qui ont été efficacement appliquées pour :
Panneau en maçonnerie soumis à compression diagonale [7]. La méthode proposée permet de prédire les zones préférentielles de microfissuration.
Modèle de contact rugueux à ressorts équivalents [10]. Comparaison des raideurs de contact normales N et tangentielles T avec des données expérimentales disponibles en littérature.
Test de flexion sur nœud poutre-colonne en GFRP [11]. Détail de la rupture du joint de colle (gauche) et simulation numérique avec EF d’interface (droite).
Collaborations
Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique (Marseille), Université de Ferrara (Italie), Université de Salerno (Italie)
Références