Élasticité
Les lois de comportement des matériaux sont établies généralement de façon expérimentale afin de définir le comportement de la matière, en reliant contraintes et déformations, voire vitesse de contrainte ou vitesse de déformation, ainsi que la température, l’hygrométrie, ou tout autre paramètre par exemple chimique. Cette science des matériaux, avec la rhéologie et la thermodynamique, permet d’appréhender de nombreuses notions nécessaire en ingénierie comme, par exemple le fluage, la relaxation, la fatigue, la polymérisation, le changement de phase, la viscosité, … etc … Pour plus d’information voir par exemple Lemaitre et al. (2020) ou Germain (1986).
L’étude des lois de comportement ne fait pas à proprement parlé partie de la mécanique des milieux continus, cependant l’introduction d’une loi de comportement, permet de fermer le système et de mener rapidement à des applications fort intéressantes en ingénierie.
À ce stade, il est fréquent de considérer soit des matériaux solides , soit des matériaux fluides. Pour autant pourquoi faire cette distinction ?
Ainsi, à l’instar de Coirier and Nadot-Martin (2020), considérons les définitions suivantes tirées du dictionnaire LeRobert :
- Fluide : “Qui n’est ni solide ni épais, qui coule aisément”
- Solide : “Qui a de la consistance, qui n’est pas liquide (tout en pouvant être plus ou moins mou)”
- Liquide : “Qui coule ou tend à couler”
Ces définitions ne nous aident pas beaucoup …
Si on se tourne vers Wikipédia, on trouve que le liquide n’a pas de forme propre : il prend celle du récipient sous l’effet de la pesanteur. C’est en partant de ce postulat que Marc-Antoine Fardin, chercheur à l’Institut Jacques Monod, a reçu le prix Ig Nobel de physique en 2017 pour ses travaux intitulés “Les chats sont-ils liquides ou solides ?”. Dans certaines conditions, il semblerait que les chats soient en accord avec cette définition comme l’illustre la figure ci-après !
Pour conclure sur cet aparté, on peut dire que la distinction entre solide et fluide, ou la classification entre mécanique des solides et mécanique des fluides, n’est pas si importante. C’est le choix de la loi de comportement qui est primordial.
Dans ce cours, nous allons nous intéresser à la mécanique des solides élastiques ou thermoélastiques. En effet, un enseignement de mécanique des fluides est déjà proposé au sein de SeaTech, si bien que nous nous focaliserons sur la mécanique des solides élastiques, en particulier en travaux dirigés, d’autant que ces notions sont nécessaires pour la compréhension du prochain cours de Résistance des matériaux (ou théorie des poutres). Cependant, une courte introduction à la mécanique des fluides sera proposée à la fin de ce cours.