Ductilité

En résistance des matériaux, la ductilité désigne la capacité d'un matériau à se déformer plastiquement sans se rompre. La rupture se fait lorsqu'un défaut (fissure ou cavité), induit par la déformation plastique, devient critique et se propage. La ductilité est donc l'aptitude qu'a un matériau à résister à cette propagation. S'il y résiste bien, il est dit ductile, sinon il est dit fragile.

L'origine de la ductilité d'un matériau est la mise en mouvement des dislocations dont il est le siège. Cependant, cette mise en mouvement génère d'autres dislocations, ce qui durcit le matériau mais néanmoins le rend plus fragile : c'est le phénomène d'écrouissage. Ainsi, un diamant (qui comporte énormément de dislocations) sera très dur mais très fragile, contrairement à un métal qui sera plus ductile et moins fragile.

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)^[1].

Ductilité en géologie

On parle de roche ductile lorsque cette dernière peut être déformée sans « cassure ». Par exemple, les roches à l'origine des plis sont ductiles. Le plomb est connu pour sa ductilité : pour cette raison on l'a utilisé pour fabriquer des conduits de canalisation résistant au gel (pratique interdite depuis 1995 en raison de sa toxicité).

Mesures

Deux principales mesures sont effectuées :

• les essais de traction mesurant l'allongement avant la rupture et la striction (réduction du diamètre de l'éprouvette au niveau où elle se rompt) ;
• l'essai mouton de Charpy mesurant l'énergie dépensée pour casser une éprouvette.

Un matériau est ductile si :

• son allongement et sa striction à la rupture sont importants ;
• l'énergie dépensée pour le casser est importante.

Inversement un matériau est fragile si :

• son allongement et sa striction à la rupture sont faibles ;
• l'énergie dépensée pour le casser est faible.

Conditions

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.

Particularités

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…), 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 élastique est proportionnelle à l'inverse de la racine carrée du diamètre moyen des cristallites).

Références

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