Stabilité structurales de Céramiques soumises à de fortes excitations électroniques - Analyse en Ligne sur Irrsud par diffraction des rayons X – ALIX-MAI

Les matériaux soumis à des irradiations sont le siège d'évolutions structurales susceptibles de modifier leurs propriétés macroscopiques. Que ce soit pour prévoir les conséquences des irradiations subies (en réacteur, dans l'espace,...) ou pour maîtriser les évolutions des matériaux lors d'irradiations volontaires (dopage des semi conducteurs, durcissement des polymères, nanostructuration,...), il est nécessaire de disposer d'une description de l'ensemble des processus mis en jeu, depuis l'interaction des particules incidentes avec la cible à la relaxation des matériaux ayant subi cette excitation jusqu'à l'influence des modifications induites sur les propriétés physico-chimiques.Malgré les années de recherche sur le comportement des matériaux sous irradiation, de nombreuses questions n'ont toujours pas été résolues, l'une des plus importantes étant la détermination du moteur des changements de phase constatés lors de l'irradiation dans certains systèmes céramiques. De nombreuses études empiriques décrivant les évolutions de quelques céramiques existent dans la littérature spécialisée mais aucune étude systématique supportée par une théorie ou une modélisation numérique, n'a à notre connaissance été réalisée. Ces travaux montrent que certaines céramiques présentent une transition de phases de type ordre désordre ou displacive lors d'irradiations par des ions de faibles ou fortes énergies cinétiques. Ces transitions de phase sont similaires à celles observées lors d'irradiations d'alliages métalliques à basse énergie, qui ont pu être décrite dans le cadre de la théorie des alliages forcés. La connaissance de la cinétique de ces évolutions structurales est nécessaire au développement d'une théorie qui pourrait expliquer le mécanisme responsable de ces transitions de phases. Pour atteindre un tel objectif, il est nécessaire de mesurer avec précision les évolutions structurales en fonction des divers paramètres de contrôle (température d'irradiation, densité d'excitation électronique déposée, flux, fluence). La diffraction des rayons X, usuellement utilisée en physique des solides pour décrire les évolutions des solides soumis à des sollicitations diverses (température, pression, champs électriques) s'avère une technique de choix pour mesurer l'impact des excitations électroniques sur l'évolution des structures cristallines.Notre projet vise donc à équiper une ligne d'irradiation d'un appareillage de diffraction des rayons X muni d'un détecteur rapide de grande précision afin de minimiser les temps de collecte des diagrammes de diffraction et possédant un système de contrôle de la température dans une large gamme (cryostat et four). Un important travail de caractérisation de l'installation sera effectué pour minimiser les différentes aberrations optiques liées au montage (déformation des pieds de raies,...) et à son fonctionnement (décalage des angles de diffraction associés aux dilatations thermiques,...). Cette appareillage in situ doit nous permettre de collecter sur un temps raisonnable des diagrammes conduisant à des analyses précises des évolutions structurales induites par l'irradiation en s'affranchissant des problèmes liés à la variabilité des échantillons et surtout offrir la possibilité de faire varier simultanément différents paramètres de contrôle (température, flux), prémisses indispensables à toute tentative de rationalisation des effets d'irradiation induits par des particules chargées dans un solide.De telles expériences ont été réalisées avec des ions de basse énergie, pour certaines céramiques (ex-situ, donc sans pouvoir étudier de manière systématique les divers paramètres). Dans cette gamme d'énergie des ions, le transfert d'énergie entre le projectile et le matériau se fait principalement par chocs élastiques. Dans ce cas, le nombre de défauts ponctuels créés est accessible et de nombreux modèles permettent de relier la microstructure obtenue aux paramètres de l'irradiation, ces modèles ayant été mis au poi..