Ductilité

On parle de roche ductile lorsque cette dernière peut être déformée sans « cassure ». Par exemple, certains types de roches à l'origine d'un pli sont ductiles (souples, rubanées) tandis que d'autres roches inscrites dans le même pli sont cassantes, en boudin (boudinées).

Deux principales mesures sont effectuées :

• les essais de traction mesurant l'allongement à la rupture et la striction (réduction du diamètre de l'éprouvette au niveau où elle se rompt) ;

Un matériau est ductile si :

• son allongement et sa striction à la rupture sont importants ;

Inversement, un matériau est fragile si :

• son allongement et sa striction à la rupture sont faibles ;

L'or est l'un des matériaux les plus ductiles connus, pouvant être étiré jusqu'à produire un filament monoatomique[7].

Par abus, on considère aussi que l'essai mouton de Charpy mesurant l'énergie dépensée pour casser une éprouvette est une mesure de ductilité/fragilité. Selon G. Charpy : « Les essais sur des éprouvettes entaillées ne sont pas des essais de rupture fragile. C’est uniquement un essai qui permet de classer des métaux avec forte ou faible résilience[8]. »

Selon cet essai, on a tendance à considérer que :

Un matériau est ductile si :

• l'énergie dépensée pour le casser est importante.

Inversement, un matériau est fragile si :

• l'énergie dépensée pour le casser est faible.

Faire le lien entre ténacité, ductilité et résilience n'est pas si simple et nécessite de prendre en compte un grand nombre de paramètres expérimentaux[3] - [8].

La ductilité dépend de la température, de la pression et de la vitesse de déformation :

• quand la température augmente, le seuil de plasticité diminue ;
• quand la pression augmente, le seuil de rupture augmente ;
• quand la vitesse de déformation augmente, le seuil de rupture diminue.

En effet, les mécanismes impliqués lors des essais dépendent de ces paramètres :

• la mobilité des dislocations ;
• la restauration et la recristallisation dynamique ;
• la diffusion et le fluage.

Pour les matériaux cristallins, la ductilité intrinsèque (c'est-à-dire liée au matériau et non pas aux conditions de déformation) est déterminée par :

• le nombre de systèmes de glissement disponibles : en effet, la déformation plastique se fait par glissement de plans cristallographiques denses selon des directions denses, certaines structures en possèdent plus que d'autres ; cela explique la ductilité des cristaux ayant une symétrie cubique à faces centrées (cfc) comme l'or, le plomb ou l'aluminium ; par ailleurs, dans le cas des alliages ordonnés (oxydes, intermétalliques, etc.), certains modes de déformation sont bloqués (nécessité de respecter l'alternance chimique à tout moment) ;
• la pureté : les atomes étrangers (interstitiels ou en substitution) viennent épingler les dislocations et gênent leur mouvement ;
• l'unicité de la phase : s'il y a des précipités, on a un durcissement structural (les précipités bloquent les dislocations) ;
• la taille des cristallites : les joints de grain bloquent les dislocations, plus les cristallites sont petits, plus il y a de joints de grain (cf. loi de Hall-Petch, la limite d'élasticité est proportionnelle à l'inverse de la racine carrée du diamètre moyen des cristallites).

Les céramiques sont en général peu ductiles à température ambiante car les dislocations y sont peu mobiles (en dessous de typiquement 0,7 fois leur température de fusion[9]) de par les trop grandes énergies de liaisons interatomiques. Les mécanismes de plasticité des céramiques sont généralement dus à des processus de diffusion, qui ne permettent pas d'écrouissage, et qui permettent que peu de déformation plastique. Néanmoins, certaines céramiques, à grains fins, par des mécanismes de glissement aux joints de grain, sont capables de superplasticité (>100% de déformation[10]).

Le verre, archétype du matériau fragile, peut être très ductile[11], au-dessus de sa température de transition vitreuse. Ainsi, une fibre optique de plusieurs centaines de kilomètres peut être produite en étirant en traction un barreau de l'ordre de 1 à 2 mètres de long (dépassant ainsi des millions de % de déformation).