Module d'élasticité

Selon le type de déformation[3], le module d'élasticité d'un matériau peut être :

• le module de Young ou de traction, d'élasticité longitudinale, de compression, de flexion (E_f), souvent appelé simplement « module d'élasticité » (E) ;
• le module de cisaillement ou d'élasticité tangentielle, de torsion (G_to), etc. (G) ;
• le module d'élasticité isostatique ou de compressibilité, de compression en flambage, etc. (K) ;
• ou le module d'onde de compression ou d'onde plane (L[4] ou M).

Divers types de modules d'élasticité correspondant aux différents types de déformation (exemples) :

Nom	Comportement du matériau	Loi de comportement
Module de traction	Soumis à une contrainte uniaxiale ${\displaystyle {\rm {\sigma _{E}}}}$, l'échantillon subit une dilatation linéaire ${\displaystyle {\rm {\varepsilon _{E}}}}$ faible par rapport à l'épaisseur.	${\displaystyle \sigma _{\text{E}}=E_{\text{t}}\ \varepsilon _{\text{E}}}$
Module de cisaillement	Soumis à une contrainte de cisaillement[5] ${\displaystyle {\rm {\sigma _{C}}}}$, l'échantillon subit une déformation ${\displaystyle {\rm {\varepsilon _{C}}}}$ sans changer de volume.	${\displaystyle \sigma _{\text{C}}=G_{\text{s}}\ \varepsilon _{\text{C}}}$
Module de compressibilité mécanique	Soumis à une contrainte de compressibilité ${\displaystyle {\rm {\sigma _{K}}}}$, l'échantillon subit une variation de volume ${\displaystyle {\rm {\varepsilon _{K}}}}$ sans changer de forme.	${\displaystyle \sigma _{\text{K}}=K\ \varepsilon _{\text{K}}}$
Module en déformation uniaxiale	Soumis à une contrainte de pseudo-compressibilité ${\displaystyle {\rm {\sigma _{M}}}}$, l'échantillon subit une variation de volume ${\displaystyle {\rm {\varepsilon _{M}}}}$ sans changer de forme. La déformation résultante est grande par rapport à l'épaisseur.	${\displaystyle \sigma _{\text{M}}=L\ \varepsilon _{\text{M}}}$

Représentation dans le plan complexe.

En général, pour un matériau viscoélastique, il n'existe pas de relation contrainte ${\displaystyle \leftrightarrow }$ déformation (équation rhéologique) indépendante du temps (t), c'est le cas notamment du rapport contrainte sur déformation. Le rapport contrainte dynamique ${\displaystyle \sigma (t)}$ sur déformation dynamique ${\displaystyle \varepsilon (t)}$ d'un matériau viscoélastique soumis à une vibration sinusoïdale est appelé module complexe ou module dynamique ou module viscoélastique, noté M*[6]

${\displaystyle M^{*}(t)={\frac {\sigma (t)}{\varepsilon (t)}}=M'(t)+iM''(t)={\frac {1}{C^{*}(t)}}}$

${\displaystyle |M|^{2}=\left({\frac {\sigma _{\text{A}}}{\varepsilon _{\text{A}}}}\right)^{2}=(M')^{2}+(M'')^{2}}$

avec :

M', le module de conservation, partie réelle de M*, représentant la composante élastique de M* et la rigidité du matériau viscoélastique ;

M'', le module de perte, partie imaginaire de M*, représentant la composante visqueuse de M* ;

C*, la complaisance complexe, pour un comportement viscoélastique linéaire ;

${\displaystyle \sigma _{\text{A}}}$ et ${\displaystyle \varepsilon _{\text{A}}}$, les amplitudes des cycles de contrainte et de déformation, respectivement.

Les contraintes élastiques et visqueuses sont liées aux propriétés du matériau par le module.

Le schéma ci-dessus représente diverses propriétés mécaniques dynamiques dans le plan complexe, dans une expérience utilisant des déformations sinusoïdales ; ${\displaystyle \delta }$ est l'angle de phase entre la contrainte et la déformation.

Un matériau est considéré comme viscoélastique linéairement si, lorsqu'il est faiblement déformé, le rapport contrainte sur déformation (ou module) n'est fonction que de la fréquence (ou du temps) et de la température (T). À partir d'un niveau de déformation critique, le comportement de l'échantillon est non linéaire.

Un module viscoélastique est déterminé en DMA à partir de la géométrie et de la raideur dynamique de l'échantillon. Par exemple, les modules viscoélastiques E' et E'' d'un solide déformable peuvent être mesurés en DMA en soumettant l'échantillon à une contrainte de traction-compression ou de flexion. Les modules viscoélastiques G' et G'' d'un produit solide, d'un (polymère) fondu, d'une résine, d'un bitume, etc., peuvent être mesurés en DMA ou au moyen d'un rhéomètre dynamique (hors échantillon solide dans ce dernier cas) ; la caractérisation se fait en torsion (sur un solide) ou en cisaillement.

La viscosité dynamique η' est proportionnelle à G''.

• [1] Nederveen, C.J. et van der Wal, C.W., Rheol. Acta, 6 (4), p. 316 (1967)
• [2] Read, B.E. et Dean, G.D., The determination of dynamic properties of polymers and composites, 207 p., Adam Hilger, Bristol, 1978 (ISBN 0-85274-363-7)

• Coefficient de Lamé
• Coefficient de sécurité
• Complaisance
• Déformation élastique
• Essai mécanique
• Facteur de forme
• Module de relaxation
• Module de Young
• Notion de module
• Loi de Hooke
• Principe d'équivalence temps-température
• Rhéologie des solides
• Tenseur des constantes élastiques