Quel bruit fait un métal que l’on compresse sur seulement quelques millièmes de millimètre ?

Résultat scientifique Acoustique

Plusieurs phénomènes aident à comprendre la déformation des métaux à très petites échelles, qui ne se comportent pas de la même manière à de grands volumes. Des scientifiques du Laboratoire Georges Friedel et des universités Eötvös Loránd de Budapest (Hongrie) et Charles de Prague (République tchèque) ont entendu pour la première fois le mouvement créé par la dislocation de micropiliers de zinc. Ces ondes acoustiques permettent d’étudier des phénomènes trop rapides pour être observés uniquement au microscope.

La matière présente des propriétés mécaniques mal connues lorsque l’on descend à des échelles micrométriques. Avec les avancées de la miniaturisation, il n’est plus possible de se reposer sur des mesures moyennes et globales, qui ignorent ces spécificités. La déformation d’un gros morceau de métal semble ainsi régulière, mais, si l’on zoome suffisamment en réduisant la taille d’échantillonnage, on constate que son comportement est en réalité saccadé et provoque l’apparition de « marches d’escalier » en surface. Des chercheurs et chercheuses du Laboratoire Georges Friedel (LGF, CNRS/École nationale supérieure des mines de Saint-Étienne), de l’université Eötvös Loránd de Budapest (Hongrie) et de l’université Charles de Prague (République tchèque) ont décidé d’explorer ce phénomène plus en détail et ont entendu, pour la première fois, le son de cette dislocation. Un enregistrement est disponible dans une vidéo mise en ligne par l’équipe et ces travaux sont publiés dans Nature Communications.

Les chercheurs et chercheuses ont pour cela développé une plateforme d’essais micromécaniques ultra-sensible aux ondes élastiques. Des micropiliers constitués d’un seul cristal de zinc, choisis car relativement simples à étudier, y ont subi diverses compressions. Des observations au microscope électronique à balayage ont confirmé la corrélation entre l’évolution saccadée de la déformation et l’émission d’ondes acoustiques, car chaque à-coup était accompagné de plusieurs signaux sonores. Ces sons leur ont également permis de contourner un problème classique des déformations mécaniques : certains évènements sont trop rapides pour être mesurés expérimentalement. Les scientifiques ont ainsi réalisé que, s’ils voyaient un seul phénomène en surface, les ondes acoustiques indiquaient qu’une succession d’incidents brefs se produisaient à l’intérieur du matériau. L’équipe étudie à présent le comportement d’autres matériaux, notamment des métaux amorphes, afin de mieux comprendre et détecter l’apparition de fractures sous contraintes mécaniques, par exemple lors de leur usinage.

La déformation en escalier des piliers de zinc. © Ispánovity et al.
La déformation en escalier des piliers de zinc. © Ispánovity et al.

Référence

Dislocation avalanches are like earthquakes on the micron scale.
Péter Dusán Ispánovity, Dávid Ugi, Gábor Péterffy, Michal Knapek, Szilvia Kalácska, Dániel Tüzes, Zoltán Dankházi, Kristián Máthis, František Chmelík & István Groma.
Nature Communications volume 13, Article number: 1975 (2022).
https://dx.doi.org/10.1038/s41467-022-29044-7

Article disponible sur la base d’archives ouvertes HAL

Contact

Szilvia Kalacska
chargée de recherche CNRS au Laboratoire Georges Friedel (LGF, CNRS/École nationale supérieure des mines de Saint-Étienne)
Communication INSIS