Cloques ou rides :renforcement d’une interface par dissipation plastique

Dans le chapitre précédent, nous nous sommes intéressés aux processus de fragmentation induits par une traction uniaxiale. La direction transverse est cependant sous compression du fait du désaccord des coefficients de Poisson de la couche et du substrat puis de l’écoulement plastique du substrat. Nous nous intéressons dans ce chapitre aux rides et aux cloques qui apparaissent successivement dans cette direction.De nombreuses études récentes ont été menées pour caractériser le seuil d’apparition et l’évolution de ces motifs afin de les éviter ou de les utiliser comme un outil de structuration simple et peu onéreux du substrat flexible (Sun et al. (2006)). Nous allons brièvement présenter les principaux résul- tats permettant de comprendre la sélection de la taille des ondulations ou des cloques de délamination d’un film rigide déposé sur un substrat flexible (section 6.1). Nous étudierons ensuite ces instabilités dans une monocouche d’oxyde de zinc (section 6.2) puis nous nous intéresserons à l’influence de la présence d’un film ductile d’argent dans des multicouches d’intérêt industriel (section 6.3).

Rides de compression

Comprimons un substrat élastique mou sur lequel une fine couche rigide est déposée : des rides de compression apparaissent (figure 6.1A). Cette in- stabilité a été décrite expérimentalement et théoriquement par Bowden et al. (1998) puis proposée comme outil de métrologie pour déterminer les modules élastiques de films de polymère (Stafford et al. (2004)). Les rides de la peau apparaissent pour des raisons similaires (l’épiderme est une membrane rigide tandis que le derme se déforme comme un substrat mou). La longueur d’onde des rides sélectionnée est dictée par un équilibre entre l’énergie de flexion de la couche qui favorise les grandes longueurs d’ondes et l’énergie de compression du substrat qui favorise les petites longueurs d’ondes.Figure 6.1: (A) Formation de rides d’un film mince déposée sur un substrat flexible. (B) L’instabilité est caractérisée par sa longueur d’onde λ et son amplitude A. (C) Expérience macroscopique démontrant la localisation par doublement de période pour des compressions plus importantes (Brau et al. (2010)). (D) Instabilité de surface d’un film de polymère mise en compression à la surface de l’eau (Pocivavsek et al. (2008))

Compression d’une monocouche d’oxyde de zinc

Une situation différente mais qui conduit à des motifs semblables est ob- tenue lors de la compression d’une membrane placée à la surface d’un liquide (Pocivavsek et al. (2008); Piñeirua et al. (2013)). La flexion de la feuille est alors en compétition avec la pression hydrostatique du liquide et la longueur d’onde des rides est cette fois :Cependant, lorsque l’on augmente la compression, la déformation se localise dans le pli central de la membrane (figure 6.1D). À grande déformation, alors que la membrane déposée sur une fondation élastique présente un doublement de période, celle déposée sur un liquide est plane, sauf dans une région centrale de taille λ où toute la déformation est localisée.Cependant si l’adhésion avec le substrat solide est moins importante, nous observons l’apparition de cloques. De telles structures ont été caractérisées sur un substrat élastique (Vella et al. (2009)) et sont utilisées en métrologie pour mesurer l’énergie d’adhésion de la couche avec le substrat. L’énergie d’adhésion (qui favorise les cloques courtes) s’oppose alors à l’énergie de flexion (qui favorise les cloques allongées). En loi d’échelle, pour une cloque de longueur λ et de hauteur a, la courbure typique κ = a/λeffets, nous obtenons un rayon de courbure au point de décollement de l’ordre d’une longueur comparant flexion à adhésion classiquement définie comme la longueur élastocapillaire (Roman & Bico (2010)) :

effets, nous obtenons un rayon de courbure au point de décollement de l’ordre d’une longueur comparant flexion à adhésion classiquement définie comme la longueur élastocapillaire (Roman & Bico (2010)) := 0.5. Cette compression entraîne le flambage de la couche. Nous allons considérer le flambage d’une bande unidimensionnelle de largeur donnée (imposée par le processus de fragmentation) mise en compres- sion. Nous décrivons d’abord l’ondulation localisée visible à faible déformation (section 6.2.1), les rides de compression obtenues pour des déformations plus importantes (section 6.2.2) puis nous caractérisons l’apparition des cloques de délaminage (section 6.2.3).À l’AFM, nous observons l’apparition de rides localisées près des fissures à faible déformation (figure 6.2A). Ces rides n’envahissent pas immédiatement toute la largeur des languettes. La compression n’est pas homogène dans la couche du fait du déchargement dans la direction transverse près des fissures.n’est pas uniforme selon x en raison du déchargement élastique près des fissures. Pour de grands fragments, la partie centrale du fragment est moins comprimée que la zone proche des fissures.