Aspects physiques de la fragmentation
Fragmentation - Aspects théoriques

1.1 Phénomène de rupture

La fragmentation des solides résulte de l’action d’un champ de contraintes engendré par des forces de contact (compression, cisaillement, torsion, flexion, attrition, plus rarement traction). Ce champ varie donc avec l’intensité et la distribution des forces, avec la nature, la forme et les discontinuités structurales du solide. Il varie aussi avec la dynamique des déformations. La répartition des contraintes induit le réseau des fissures dont la densité et l’orientation conditionnent la dimension et la forme des fragments et, par conséquent, la finesse.

Griffith , en 1920, cherchant à établir des critères de rupture, envisage que ce phénomène résulte de deux mécanismes, l’amorçage et la propagation. Il définit un critère d’amorçage fonction des propriétés intrinsèques du matériau (principalement sa résistance à la traction) et un critère de propagation (connu sous le nom de critère de Griffith). Ce dernier est fondé sur des considérations dynamiques : la mise sous contrainte conduit le solide à emmagasiner de l’énergie élastique ; lors de l’apparition d’une fissure, une fraction de cette énergie doit être convertie et, si elle excède l’énergie requise pour la formation de nouvelles surfaces, la fissure se propage. Bien qu’elle ne permette pas réellement d’évaluer la fragmentation en termes énergétiques, cette conception sert de fondement à la majeure partie des lois énergétiques de la fragmentation (Rittinger, Kick et Bond). On note que l’aptitude à la rupture n’est pas une caractéristique intrinsèque. Elle dépend non seulement de la géométrie et de l’état de fissuration mais aussi de facteurs externes ; ainsi l’élévation de pression hydrostatique engendre la fermeture de certains défauts plans et le glissement concomitant de leurs commissures, ce qui explique la tendance au comportement ductile observé dans ce cas. Le critère de rupture de Mac Clintock-Walsh ...