2. Généralités brèves sur le clivage

Ce paragraphe est notamment inspiré de [2] , auquel on pourra se référer pour plus de détails micro-structuraux en particulier.

Le clivage est un mode de rupture dont le mécanisme principal est la séparation des plans atomiques, pratiquement sans déformation. Il est le mécanisme principal de rupture fragile dans les métaux, en particulier dans le cas des faibles symétries cristallines comme les cubiques centrés ou les hexagonaux. Ce mode de rupture étant en compétition avec la déformation plastique, il est facilité par une faible température (les mécanismes de déformation sont alors moins activés). Ceci conduit à l’existence d’une transition fragile (à basse température)-ductile (à plus haute température). Parmi les modèles qui sont définis ici, les deux méthodes déterministes sont actuellement testées dans le cas de la zone de transition afin de prédire le risque de clivage. Cette utilisation nécessite toutefois des précautions ; à notre connaissance, aucune méthode ne peut à ce jour être considérée comme fiable pour prédire le risque de clivage dans la zone de transition.

La morphologie des surfaces de rupture par clivage correspond à une propagation transgranulaire. Elle peut être facilement observée par microscopie, comme sur la Figure . Elle se caractérise fréquemment par la présence de lignes parallèles à la direction de propagation, qu’on appelle rivières.

Figure 2-1: Faciès microscopique du clivage

La rupture par clivage, comme les autres modes de rupture par fissuration, distingue en théorie deux mécanismes : l’amorçage et la propagation. L’amorçage correspond au développement d’une micro-fissure à l’intérieur du métal sain ; il est généralement admis que cette étape nécessite une assez faible déformation plastique préalable, qui engendre un empilement de dislocations et une singularité des contraintes, et l’atteinte d’une contrainte limite de rupture, notée dorénavant \({\sigma}_{c}\) . La propagation des fissures de clivage est instable, de vitesse élevée (de l’ordre de 40% de la vitesse du son dans le métal), et doit satisfaire un critère énergétique de type Griffith [3] .

Le clivage ne s’accompagnant pas de déformations importantes, il ne nécessite pas une grande énergie, contrairement à la rupture ductile. C’est pourquoi l’essai Charpy, mesurant la résilience (énergie nécessaire à la rupture par choc d’une éprouvette normalisée) permet de distinguer ces deux types de rupture pour un même matériau (voir Figure ). A basse température, l’énergie nécessaire à la rupture est faible : le mode de rupture est le clivage. A haute température, l’énergie nécessaire à la rupture est élevée : la rupture a lieu par déchirure. La température limite entre ces deux phénomènes est appelée température de transition ; il en existe plusieurs définitions, dont celles basées sur un niveau énergétique donné (on parle par exemple de \({T}_{\mathrm{k65}}\) , qui serait égale ici à environ \(-20°C\) ).

L’irradiation des métaux induit une augmentation de la limite d’élasticité et rend plus difficile l’empilement de dislocations, et in fine favorise le clivage : la température de transition d’un matériau irradié est supérieure à celle du même matériau non irradié. Dans la zone de transition, c’est-à-dire la plage de température proche de cette température de transition, la rupture peut survenir par clivage, par déchirure ou par une déchirure sur une longueur finie suivie de clivage. La prédiction du clivage en zone de transition reste du domaine de recherche : même si des méthodologies sont proposées ici, elles nécessitent encore validation et ne doivent pas être vues comme des méthodes «clé en main».

Figure 2-2: Courbe de transition Fragile Ductile par essai Charpy