Une meilleure compréhension des mécanismes de rupture des caoutchoucs

Des chercheurs de l’ESPCI Paris - PSL ont étudié les mécanismes de rupture des élastomères à réseaux multiples (MNE), un type de caoutchouc constitué de plusieurs réseaux polymères indépendants et interpénétrés. Les matériaux souples et élastiques de type caoutchouc sont présents dans de nombreuses applications, allant des pneus de voiture aux semelles de chaussures, et se distinguent par leur grande résistance aux fissures et aux chocs.

Dans une étude publiée dans Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), les chercheurs ont intégré dans les réseaux de ces élastomères des traceurs devenant fluorescents suite à la rupture des liaisons chimiques afin d’observer comment les dommages à l’échelle de la molécule, se forment et se propagent dans le temps et dans l‘espace. Cette technique combinée à une technique optique de détection des déformations, permet de suivre en temps réel la concentration des tensions autour d’un défaut, avant qu’il ne se transforme en fissure.

Ils ont ainsi découvert que les contraintes se répartissent au niveau des réseaux de manière bien plus efficace que dans les élastomères simples. Plutôt que de concentrer les tensions sur un point unique, chaque réseau distribue la charge, retardant ainsi la propagation des fissures. Ce phénomène de « coopération des dommages » renforce le matériau en partageant les contraintes entre les différents réseaux pour que la charge soit transférée d’un réseau à l’autre en chaque point. Cette optimisation locale point par point des propriétés matériau limite les ruptures soudaines.


Cartes de dommages en 3D de l'intensité de fluorescence par microscopie confocale


Ces observations et analyses ouvrent de nouvelles perspectives générales pour la conception d’élastomères durables et résistants aux dommages, par une méthode de variation des propriétés par la rupture moléculaire. Elles ouvrent ainsi la voie à des innovations dans de nombreux secteurs industriels utilisateurs et concepteurs d’élastomères.

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Référence

Role of molecular damage in crack initiation mechanisms of tough elastomers
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2410515121

Jianzhu Ju, Gabriel E. Sanoja, Luca Cipelletti, Matteo Ciccotti, Bangguo Zhu, Tetsuharu Narita, Chung, Yuen Hui, Costantino Creton

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