Fissure dans une bille en verre

[invite66c47fb2]

Bonjour,

je voudrais réaliser l'expérience suivante :
je place des billes en verre dans un four et je les chauffe de 5°C en 5°C. Je les plonge ensuite dans un cristallisoir d'eau dont la température reste fixe à 20°C.
Je cherche ainsi à déterminer expérimentalement le DeltaT (°C) critique qui provoque la fissuration... ça reste expérimental
Ma question est donc de savoir comment prévoir le résultat par des calculs ?

D'après mes premières recherches, il faudrait déterminer le champ de température dans la bille et aussi le champ de contrainte qui provoque la déformation et le fissure.
Cependant, je comprend certes le processus : il y a une modification du champ de température qui entraine une modification des contraintes d'où la fissure mais c'est justement le lien, le passage de l'un à l'autre que je ne saisis pas.


Je vous remercie par avance des réponses et commentaires que vous pourrez apporter
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[skeptikos]

Bonjour,
Ma question est donc de savoir comment prévoir le résultat par des calculs ?

Essayons d'abord de prévoir le résultats expérimentaux en analysant ce qui se passe.
Les billes à la température élevée se sont dilatées. Plongées brusquement dans l'eau à 20°c elles se contractent, mais uniquement à la périphérie, comme le cœur reste dilaté cette périphérie subit une élongation qui mène à la rupture. Il parait logique de penser que la profondeur de la rupture sera proportionnelle à la différence de température et qu'il sera très difficile à apprécier à l'œil nu à quelle température le phénomène de la rupture commence.
Si je devais aborder ce problème par le calcul, je partirais du coefficient de dilatation du verre et de son allongement à la rupture .
Il devrait y avoir rupture sur une hauteur périphérique infinitésimale quand la longueur linéaire dilatée deviendra plus grande que l'allongement à la rupture. Mais le résultat expérimental sera nécessairement différent puisque nous considérons le changement de température en périphérie comme instantané, l'allongement à la rupture est variable suivant la "vitesse" d'application de la contrainte, ect...
Bon courage et bonsoir.

[LPFR]

Bonjour.
Je pense que même si on fait le calcul théorique avec une valeur de contrainte de rupture plus ou moins valide, on pourra difficilement se fier à ce calcul.
Le verre se fracture plus facilement en présence d'eau (fragilisation par l'eau). Mais il pressente aussi des comportements surprenants comme celui des "larmes bataviques" ("batavian tear") qui sont des goûtes de verre fondu qu'on laisse tomber dans de l'eau et qui se solidifient. Elles sont extrêmement résistantes, sauf que si on casse la queue de la goûte ou on la trempe dans de l'acide fluorhydrique elle explose violemment.
Alors, je ne sais pas si pour le calcul théorique le jeu vaut la chandelle.
Au revoir.

[skeptikos]

Je suis tout à fait d'accord avec LPFR, j'ai connu les verres (à boire) "Duralex" qui subissaient ce type de trempe, et qui, si vous les laissiez tomber par terre, rebondissaient une première fois sans dégât mais qui au second rebond éclataient en multiples morceaux comme le verre trempé des anciens pare-brise. Il est probable qu'il y aura donc dans cette expérience une phase transitoire de ce type et il est possible que la température nécessaire pour avoir la rupture directe soit telle que les billes se colleront entre elles.
@+

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite66c47fb2]

Bonjour

merci à vous trois pour vos réponses.

J'ai réalisé l'expérience hier, c'est plutôt concluant dans le sens où j'arrive à mettre en évidence le phénomène. L'objectif de cette première expérience est donc rempli; mais j'en ferais une autre avec un four plus précis pour essayer de trouver la température limite.

Pour la partie théorique, je pense effectivement travailler sur le coefficient de dilatation du verre et je pense aussi qu'il faut que je me penche sur une équation de la chaleur et la loi de Fourier

Cela dit ... deux semaines de vacances donc je m'y remet à mon retour

Merci de nouveau pour votre aide

[invite66c47fb2]

Je viens de découvrir la fonction pièce jointe

Voilà les photos des billes
La première n'a aucune modif, la seconde s'est brisée (sans doute à cause du choc thermique couplé à un défaut initialement présent dans la bille) Sur les 3 dernières photos, on voit clairement (même si le rendu des photos est moyen) les fissures.
Comme je l'ai dit, cette expérience n'était pas très précise, je ne peux donc pas donner d'indication de température.

[LPFR]

Bonjour.
Apparemment la validation a eut des effets secondaires: les pièces sont validées mais elles ne sont plus là.
Au revoir.

[Jaunin]

Bonjour, Thiboo,
Ci-joint quelque lien qui j'espère pourront vous aider dans vos testes, si vous ne les avez pas déjà vus.
Bonjour, LPFR,
Je viens de cliquer sur les pièces jointes, pour moi ça marche.
Cordialement.
Jaunin__
http://www.jcge2008.ec-lyon.fr/web_J...PIETRANICO.pdf
http://www.si.ens-cachan.fr/accueil_...ssource&id=108
http://books.google.ch/books?id=LOyU...age&q=&f=false

[LPFR]

Je viens de cliquer sur les pièces jointes, pour moi ça marche.
Cordialement.
Jaunin__

Bonjour Jaunin.
J'ai regardé à nouveau en utilisant cette fois Internet Explorer et effectivement, on voit les pièces jointes, alors que sous Mozilla Firefox, elles n'y sont pas. C'est peut-être une des options ou un anti-spyware qui sévit. Je n'ai pas cet effet sur d'autres pièces jointes.
Cordialement,

[Jaunin]

Bonjour, Thiboo,
Je ne sais pas si vous avez déjà vu ce document.
Cordialement.
Jaunin__
http://mms2.ensmp.fr/mms_paris/minip...herm/bille.pdf