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Avalanches élastiques dans les solides amorphes

publié le , mis à jour le

Lorsqu’une contrainte suffisamment importante est appliquée aux solides amorphes (p. ex. verres, mousses), ces solides se déforment plastiquement, c’est-à-dire qu’ils subissent un écoulement à une vitesse de déformation finie. Dans la limite de faibles vitesses de déformation, l’écoulement correspondant peut être séparé en phases de charge élastique suivies de chutes de contrainte appelées "avalanches" qui dissipent l’énergie élastique stockée. Ces avalanches ont de nombreuses analogies avec les tremblements de terre et affichent des statistiques similaires, en loi de puissance, sans échelle caractéristique. Leurs propriétés dans le régime d’écoulement stationnaire ont maintenant été largement caractérisées et sont bien comprises au niveau de l’analyse d’échelle [voir par exemple Nicolas et al, Review of Modern Physics 2018].

Dans ce travail, nous étudions la situation beaucoup moins connue d’un solide déformé à très petites déformations, avec un comportement macroscopique qui semble parfaitement élastique et réversible. En effet, même dans de telles conditions, le système subit des diminutions de contraintes qui donnent lieu à une dissipation, parfois appelée "friction interne". Nous montrons que les chutes de contraintes dans ce régime obéissent aussi à des statistiques sans échelle, mais avec un exposant de loi de puissance différent de celui observé dans l’écoulement stationnaire. Cet exposant reflète la géométrie complexe de l’espace de phase à proximité d’un minimum d’énergie locale. L’analyse statistique révèle également que les solides amorphes rapidement refroidis sont marginalement stables, c’est-à-dire que l’état d’équilibre peut, dans la limite thermodynamique, être déstabilisé par des perturbations infinitésimales.

Voir en ligne : Elastic avalanches reveal marginal behaviour in amorphous solids, Baoshuang Shanga, Pengfei Guana, and Jean-Louis Barrat. PNAS december 2019