• Langue : Français
• Discipline : Milieux denses, matériaux et composants
• Identifiant : 2023ULILR046
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 30/11/2023

Résumé en langue originale

La mise en évidence de l'apparition d'une phase amorphe de composition Mg2SiO4 aux joints de grains d'échantillons d'olivine polycristalline déformés motive aujourd'hui plusieurs études du comportement mécanique du verre silicaté de composition olivine.Dans le cadre de ces travaux de thèse, nous proposons une étude par simulations numériques à l'échelle atomique des propriétés mécaniques de verre de composition Mg2SiO4. Plus spécifiquement, les travaux présentés correspondent à des essais de cisaillement réalisés par statique ou dynamique moléculaire. Au cours d'un essai de cisaillement, la courbe contrainte déformation fait apparaître de nombreuses chutes de contrainte caractéristique du développement d'une activité plastique au sein du volume de l'échantillon simulé. Nous montrons ainsi que la déformation plastique du verre fait intervenir des événements plastiques correspondant à des réarrangements atomiques locaux qui se localisent au sein de domaines appelés Shear Transformation Zones (STZ). Pour le verre de composition Mg2SiO4, les STZ présentent une taille de quelques angströms, faisant intervenir une dizaine d'atomes. La modélisation de ces STZ par des inclusions sphériques d'Eshelby nous permet en plus d'associer à ces réarrangements atomiques un tenseur de transformation plastique moyen qui traduit le caractère déviatorique des réarrangements.Les simulations de dynamique moléculaire montrent de plus que la contrainte d'écoulement du verre est fonction de la vitesse de sollicitation et de la température de l'essai. Ainsi, nous montrons que l'écoulement plastique du verre opère à plus basse contrainte pour des températures d'essais élevées ce qui traduit le caractère thermiquement activé des événements plastiques. Nos simulations de dynamique moléculaire nous conduisent alors à proposer une loi d'écoulement bâtie sur un comportement de type Herschel-Buckley modifié pour tenir compte du caractère thermiquement activé des STZ. L'extrapolation du comportement mécanique du verre hors de l'échelle de temps caractéristique de la dynamique moléculaire nous permet enfin de confronter nos prédictions aux données expérimentales recueillies récemment à partir d'essais de relaxation ou de nano-indentation réalisés sur des films amorphes de composition olivine

Résumé traduit

The identification of the appearance of an amorphous phase with the composition Mg2SiO4 at the grain boundaries of deformed polycrystalline olivine samples currently motivates several studies on the mechanical behavior of silicate glass with olivine composition.In the context of this thesis work, we propose a study using numerical simulations at the atomic scale to investigate the mechanical properties of Mg2SiO4 glass. More specifically, the presented work corresponds to shear tests conducted through static or molecular dynamics simulations. During a shear test, the stress-strain curve reveals numerous stress drops characteristic of the development of plastic activity within the simulated sample volume. We thus demonstrate that the plastic deformation of the glass involves plastic events corresponding to local atomic rearrangements localized within regions called Shear Transformation Zones (STZ). For Mg2SiO4 glass, these STZ have a size on the order of few angstroms, involving a tens of atoms. Modeling these STZ with Eshelby spherical inclusions allows us to associate a mean plastic transformation tensor with these atomic rearrangements, reflecting their deviatoric character.Furthermore, molecular dynamics simulations show that the glass flow stress depends on the loading rate and the test temperature. Therefore, we show that plastic flow in the glass occurs at a lower stress for elevated test temperatures, indicating the thermally activated nature of plastic events. Our molecular dynamics simulations lead us to propose a flow law based on a modified Herschel-Bulkley behavior to account for the thermally activated nature of STZ. Finally, extrapolating the mechanical behavior of the glass beyond the characteristic time scale of molecular dynamics allows us to compare our predictions to experimental data recently obtained from relaxation tests or nano-indentation performed on amorphous films with olivine composition.