Dans le monde d'aujourd'hui, Ductilité est un sujet qui devient de plus en plus pertinent. Depuis son émergence, elle fait l’objet de débats, de recherche et de développement, suscitant un grand intérêt dans différents domaines de la société. Du monde universitaire aux entreprises, Ductilité a démontré sa capacité à avoir un impact significatif sur nos vies. Au fil des années, ce sujet a évolué et s'est adapté aux changements de l'environnement, restant toujours d'actualité et suscitant un intérêt constant. Dans cet article, nous explorerons Ductilité en profondeur, en analysant ses aspects les plus pertinents et son influence sur divers aspects de notre réalité actuelle.
La ductilité est la capacité d'un matériau à se déformer plastiquement sans se rompre. La rupture se fait lorsqu'un défaut (fissure ou cavité) devient critique et se propage. Un matériau qui présente une grande déformation plastique à rupture est dit ductile, sinon il est dit fragile. C'est une propriété dite « purement géométrique » : elle ne caractérise qu'un allongement à la rupture (sans unité, ou l'allongement en mètre si la longueur pour l'essai de ductilité est normalisée), indépendamment de l'énergie ou de la contrainte nécessaire à cette rupture,,.
L'origine de la ductilité d'un métal est la mise en mouvement des dislocations dont il est le siège. Cependant, cette mise en mouvement génère d'autres dislocations, qui se gênent mutuellement ce qui durcit le matériau mais néanmoins le rend plus fragile : c'est le phénomène d'écrouissage.
La ductilité est une propriété conditionnée par la malléabilité. « La malléabilité est le premier indice de la ductilité ; mais elle ne nous donne néanmoins qu'une notion assez imparfaite du point auquel la ductilité peut s'étendre. » — Buffon
La ductilité désigne surtout la capacité d'une matière à résister à l'étirement. Par exemple, l'or est le matériau le plus ductile car le fil que l'on obtient par son étirement extrême, sans rupture, est le plus fin de tous les fils que l’on obtient pour l'ensemble des matériaux connus. Autre exemple, le plomb, en raison de sa ductilité, a été utilisé pour fabriquer des conduits de canalisation résistant au gel (usage interdit depuis 1995 en raison de sa toxicité).
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 :
Un matériau est ductile si :
Inversement, un matériau est fragile si :
L'or est l'un des matériaux les plus ductiles connus, pouvant être étiré jusqu'à produire un filament monoatomique.
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. »
Selon cet essai, on a tendance à considérer que :
Un matériau est ductile si :
Inversement, un matériau est fragile si :
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,.
La ductilité dépend de la température, de la pression et de la vitesse de déformation :
En effet, les mécanismes impliqués lors des essais dépendent de ces paramètres :
Pour les matériaux cristallins, la ductilité intrinsèque (c'est-à-dire liée au matériau et non pas aux conditions de déformation) est déterminée par :
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) 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).
Le verre, archétype du matériau fragile, peut être très ductile, 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).