– NANOPLAST

Le processus d'émergence de dislocations à la surface libre de matériaux cristallins se traduit par l'apparition de marches dont la hauteur élémentaire est égale à la composante perpendiculaire à la surface du vecteur de Burgers de la dislocation considérée, i.e. quelques Angström. Le développement récent des techniques de microscopie champ proche rend désormais possible l'analyse de ces nano-structures engendrées à la surface de ces matériaux par déformation sous contrainte. Le projet proposé s'appuie sur le développement récent au laboratoire de métallurgie physique (LMP) d'un dispositif expérimental constitué d'une micromachine de compression couplée à un microscope à force atomique. Les études réalisées sur des matériaux monocristallins ont montré le potentiel de cet appareillage à suivre in situ ce processus d'émergence. La diversité des matériaux étudiés et des phénomènes observés montre de manière très encourageante que ce dispositif peut être à la base de nombreuses études sur les effets nanométriques de surface, depuis les instabilités de surface dans le domaine d'élasticité jusqu'à la rupture, en passant par les différentes stades de la plasticité. Toutefois, ces expériences sont réalisées d'une part à l'air, ce qui entraîne de nombreuses limitations dues aux problèmes de contamination de surface et à une faible résolution latérale d'analyse en champ proche, et d'autre part à température ambiante, ce qui limite l'analyse des phénomènes thermiquement activés. Dans ce contexte, nous proposons de développer et mettre au point un système expérimental qui permet d'observer des surfaces contraintes in situ sous environnement ultra-vide (UHV) et à température variable. Ce projet très novateur et ambitieux s'inscrit dans une démarche originale, puisque aucun dispositif similaire n'existe à l'heure actuelle au sein des laboratoires de recherche internationaux. Il concerne la mise sous UHV de micro-dispositifs de déformation sous sollicitations diverses (compression et nanoindentation) et à température variable, dans la chambre-objet d'un microscope AFM-STM. D'une manière générale, ce projet a pour finalité de mieux appréhender les mécanismes fondamentaux contrôlant la déformation plastique des matériaux et répond à l'un des grands objectifs actuels en science des matériaux, qui vise à expliciter leurs propriétés mécaniques en terme de sous-structures de défauts qui les composent, en reliant différentes échelles d'observations allant du mésoscopique au nanoscopique. Un tel dispositif expérimental permettra, pour la première fois, de confronter les modélisations et simulations numériques obtenues dans ce domaine, à des résultats expérimentaux nouveaux à l'échelle nanométrique, c'est-à-dire à l'échelle du paramètre de maille des structures cristallines étudiées. Une telle confrontation permettra de confirmer, infirmer ou amender tels ou tels mécanismes, voire d'en proposer de nouveaux.