La rupture des matériaux

La rédaction de ce livre a pour origine la synthèse d'un enseignement prodigué depuis plus de vingt ans sur ce thème à l'Institut National Polytechnique de Grenoble. L'auteur s'est volontairement limité à une présentation qualitative des phénomènes, réduisant au minimum les développements mathématiques, pour privilégier les implications concrètes et les illustrer par des cas réels à caractère pédagogique. Pour des développements plus détaillés, une bibliographie propose une série d'ouvrages en vue de l'éventuel approfondisse­ ment d'un mécanisme particulier.

Si les ruptures n'existaient pas, les ingénieurs seraient pratiquement inutiles et chacun pourrait construire un pont, un avion ou une maison sans le moindre risque de destruction de la structure. A contrario, nous ne pourrions partager le pain, ni réduire en poudre des médicaments ou découper une vitre au diamant sans la réalité de ruptures aisées sur de nombreux matériaux.

Le contrôle de l'occurrence, ou non, de ruptures dans des objets courants est essentiellement lié à la conception de ces objets. Au début de l'ère industrielle, la "force des métaux" avait bien été quantifiée par des grandeurs extensives, et des défauts responsables de ruptures localisées avaient été identifiés. La mauvaise connaissance de leur géométrie, et surtout de leurs effets, avait conduit à l'utilisation de "coefficients de sécurité" dont la valeur relevait d'une approche empirique confortée par l'usage.

Un certain nombre d'accidents spectaculaires, dans tous les domaines de l'activité humaine (par exemple voir la figure 1.1) a conduit rapidement à se pencher sur tous les mécanismes pouvant conduire à rupture. Ces approches sont maintenant étendues à l'ensemble des processus industriels, à toutes les échelles, y compris les plus fines comme celles de la micro-électronique (Fig. 1.2). Parallèlement, l'étude fine des aspects mécaniques, liés à la présence des défauts, a connu un développement majeur, donnant naissance à une nouvelle discipline, la mécanique de la rupture.

Aujourd'hui les techniques de contrôles industriels non destructifs et la possibilité d'évaluer l'impact des singularités géométriques des défauts sur les sollicitations locales permettent de vivre sans risques avec des défauts répertoriés dans des assemblages, et ce pour les conditions attendues d'utilisations qui peuvent être très variables.

On se penchera successivement sur les moyens utilisés pour examiner les ruptures, les mécanismes à l'origine des défauts dans les structures et les concepts mécaniques permettant de quantifier les sollicitations locales qu'ils induisent (mécanique de la rupture), avant de détailler les divers mécanismes