Que nous apprennent les figures d’impact ?
Une vitre brisée par un impact présente des fissures radiales formant un motif en étoile. En projetant une bille de 5 mm de diamètre à des vitesses de 10 à 100 m/s sur des échantillons de matériaux fragiles, Plexiglas et verre, d’épaisseur millimétrique, on observe une variation du nombre de fissures. Ce nombre est ainsi une signature des conditions d’impact. Les chercheurs de l’Institut de recherche sur les phénomènes hors équilibre (IRPHE CNRS/Université Aix-Marseille /Ecole Centrale Marseille) ont construit une loi reliant le nombre des fissures à la vitesse d’impact et aux caractéristiques du matériau : sa rigidité, caractérisée par son module d’Young, sa ténacité, caractérisée par son énergie de fracture, sa densité et l’épaisseur de l’échantillon.
Cette observation, qui explique quantitativement le mode de construction d'un motif courant est également utile pour comprendre les mécanismes en jeu dans la fragmentation des objets solides. Le nombre de fissures sélectionné est ainsi optimal, dans le sens où il minimise une énergie, composée de la somme de l’énergie potentielle élastique stockée dans la plaque impactée et de l’énergie de fracture, celle qu’il faut dépenser pour augmenter la longueur des fractures. Ces résultats sont également intéressants dans tous les domaines où l’observation post-mortem des motifs de fracture peut être utilisée pour déterminer les circonstances de l’impact, comme pour les sciences criminelles et l’astrophysique.
Développement du motif de fissures lors d'un impact à 56 m/s sur une plaque de plexiglas d'épaisseur 1 mm
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vandenberghe@irphe.univ-mrs.fr
Référence
[Vandenberghe N, Vermorel R, Villermaux E. Star-shaped crack pattern of broken windows, Phys. Rev. Lett. __110__ 174302 (2013)]
(http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.174302)
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