Phénomènes de relaxation et frottement intérieur dans les solides vitreux

Abstract

Les solides vitreux présentent divers phénomènes de relaxation mécanique que l'on peut étudier par mesure de frottement intérieur. Les caractéristiques de ces phénomènes varient d'un type de solides vitreux à un autre. Néanmoins, on peut relever certains comportements qui semblent communs à l'ensemble des solides à l'état vitreux. Ainsi, le rappel de résultats concernant : — les verres minéraux, — les matériaux organiques vitreux, — les solides covalents vitreux, — les verres métalliques, fait apparaître que, dans tous les cas, il existe un processus de relaxation vers le domaine de transition vitreuse (relaxation primaire) et des processus de relaxation plus ou moins bien différenciés à plus basse température (relaxation secondaire). La relaxation primaire ou α qui se traduit généralement par une montée rapide du frottement intérieur avec la température est caractérisée par la non-validité de la loi d'Arrhénius et la non-linéarité vis-à-vis de la contrainte. Les phénomènes de relaxation secondaire, au contraire, sont linéaires et suivent la loi d'Arrhénius. Ils peuvent être nombreux et si certains peuvent être expliqués en envisageant le mouvement d'éléments structuraux bien définis (par exemple, saut des ions alcalins dans un verre silice-oxyde alcalin), d'autres donnent lieu à des anomalies de frottement intérieur dont l'interprétation n'est pas toujours clairement établie. Ainsi, un peu au-dessous du domaine de transition vitreuse, on observe souvent un pic ou une anomalie de frottement intérieur plus ou moins bien résolue de la montée de frottement intérieur lié à la relaxation α ; cette manifestation semble être associée à des effets d'élasticité retardée. Un tel comportement nous paraît correspondre à un 2e phénomène de relaxation propre à l'état vitreux (relaxation β). Pour concilier les données concernant les modèles structuraux proposés pour décrire l'état vitreux et la nécessité d'envisager 2 environnements atomiques différents pour rendre compte des phénomènes de relaxation α et β, nous proposons d'ajouter aux modèles de structure généralement admis l'hypothèse suivant laquelle existeraient des défauts de type interfaces. La relaxation β pourrait ainsi résulter du mouvement des atomes ou molécules au niveau des interfaces alors que la relaxation α serait la conséquence du mouvement coopératif des atomes ou des molécules entre les interfaces. Dans une première approche, l'adaptation des modèles de relaxation déjà connus dans le cas des solides cristallins aux solides vitreux nous permet de rendre compte, au moins qualitativement, des résultats expérimentaux