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© J. Weiss, LGGE/CNRS

Dans ce polycristal de glace éclairé à la lumière polarisée, chaque couleur correspond à un grain de matière, dont l'orientation diffère des grains voisins.

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Lors des tentatives d'explication précédentes, « la déformation d'un matériau était considérée comme un phénomène continu », explique Jérôme Weiss, directeur de recherche au LGGE. Intrigués, lui, François Louchet, professeur d'université du même laboratoire, ainsi que leur thésard Thiebaud Richeton, ont « écouté » les matériaux se déformer. Avec l'aide de chercheurs de l'université de Prague, ils ont équipé de capteurs acoustiques des cristaux– mono- et polycristaux de glace, puis monocristaux métalliques (zinc, cadmium et cuivre) – soumis à une charge, ce qui entraîne leur déformation. Bilan : « Loin d'être homogène, la déformation se produit par intermittence, par mouvements collectifs de dislocations appelés avalanches », explique François Louchet. Lors d'une grande avalanche dans un polycristal, toute l'énergie d'un grain est libérée d'un coup, ce qui déclenche des répliques sismiques dans les grains voisins, qui se déforment à leur tour. Une condition à cela : que l'énergie emmagasinée à la frontière entre deux grains voisins soit suffisante. Si c'est le cas dans tous les cristaux, ce phénomène se diffuse dans tout le matériau : c'est la loi de Hall-Petch, maintenant démontrée.

Phénomène universel pour tous les matériaux cristallins, cette loi vient aussi de révéler ses limites théoriques, parfois déjà observées dans la pratique. Elle ne s'applique que pour des tailles de grain « intermédiaires ». À l'échelle nanométrique, pas d'effet collectif, la loi ne s'applique plus. Tout comme pour les grandes tailles de grains, où d'autres mécanismes (par exemple, les frottements à l'intérieur du matériau) entrent alors en jeu.

Aude Olivier