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– COMET

Résumé de soumission

La plupart des matériaux solides de la vie courante sont des cristaux, dont les constituants (atomes, molécules ?) sont arrangés régulièrement dans l?espace. Au cours du siècle dernier, les scientifiques ont acquis une bonne connaissance des propriétés électriques, thermiques et mécaniques d?un cristal sans défaut. Cependant, pratiquement tous les matériaux cristallins réels possèdent des défauts, qui affectent grandement leurs propriétés. La plupart des métaux et céramiques sont des agrégats de grains cristallins. La maille cristalline de chaque grain a une orientation donnée, et un polycristal est caractérisé par une distribution d?orientation, sa texture. Celle-ci joue un rôle dans toutes les industries, avec des problématiques telles que la réalisation de câbles supraconducteurs à haute température, ou la durée de vie d?un matériau. Les joints de grain (JG) sont des réseaux bidimensionnels de défauts qui séparent les différents grains dans un cristal. Les JG contrôlent les propriétés mécaniques de volume de matériaux polycristallins: le glissement et la migration des JG jouent un rôle important dans la déformation plastique (i.e. irréversible) et dans la fracture à haute température, comme illustré ci-dessous par deux exemples : (i) à partir de mesures mécaniques et d?observations post-mortem de l?échantillon, il est admis que la superplasticité (i.e. la capacité de certains matériaux, dont les grains sont plus petits que 10 microns, à présenter des déformations plastiques très importantes) soit due à des glissements de JG. Cependant, une observation in-situ lors de la déformation qui constituerait une preuve directe n?existe pas. (ii) les matériaux nanocristallins ont des propriétés physiques et mécaniques uniques dues à la petitesse de leurs grains (plus petits que 100 nm). Il est admis que les JG jouent un rôle dans les grandes valeurs de contrainte seuil de ces matériaux. Cependant, du fait de limitations expérimentales, les mécanismes en jeu ne sont pas clairs. Les simulations de dynamique moléculaire soulignent un changement dans les mécanismes sous-jacents lorsque la taille des grains diminue (plasticité dominée par soit les dislocations soit le glissement des JG). Mais ces résultats sont discutables du fait des cisaillements non réalistes imposés dans les simulations. De plus, les techniques de pointe actuelles pour la visualisation de polycristaux empêchent des mesures de la dynamique à cause des temps d?acquisition trop longs. L?étude du mouvement de grains sous contrainte est par conséquent restreinte à quelques grains. En conclusion, l?origine microscopique de la plasticité des matériaux polycristallins n?est pas encore connue, en partie à cause de limitations des outils expérimentaux disponibles pour imager, avec une résolution nanométrique, la dynamique sous déformation. Pour pallier à ces limites, nous proposons d?utiliser un analogue colloïdal des polycristaux atomiques. Notre projet de METALLURGIE COLLOIDALE tire avantage des tailles et temps caractéristiques bien plus grands d?un polycristal colloïdal, de son caractère mou et de sa transparence, dans le but d?obtenir des informations sans précédent résolues dans l?espace et dans le temps sur la déformation de polycristaux sous contrainte. Nous utiliserons un copolymère amphiphile, qui s?auto-assemble sous forme de micelles sphériques, arrangées sur un réseau cubique face centré dans l?eau. Des nanoparticules ajoutées dans le polycristal ségrégent dans les JG et permettent leur visualisation par microscopie confocale. En jouant avec le taux de cristallisation, nous sommes capables de contrôler la taille des cristallites, qui peut atteindre plusieurs dizaines de microns. En combinant des mesures mécaniques à une visualisation tridimensionnelle de l?arrangement des JG, nous serons capables de collecter des informations quantitatives sur la plasticité et les réarrangements structuraux de réseaux de JG, lors de l?application d?une contrainte. Nous ferons varier systématiquement la taille des cristallites afin d?établir des connections étroites avec les polycristaux atomiques. Les deux partenaires impliqués sont complémentaires en terme de techniques expérimentales et d?expertise: (A) nous combinerons des expériences de microscopie confocale (Montpellier) à des mesures effectuées sur un nouvel appareil de diffusion de lumière résolue dans le temps et dans l?espace qui est couplé à un rhéomètre, et que nous proposons de construire à Grenoble. (B) Montpellier a une forte expérience dans l?élaboration de systèmes colloïdaux originaux et leur caractérisation structurale et dynamique. L?équipe de Grenoble est experte dans la mécanique et la rhéologie des matériaux. En résumé, nous proposons d?utiliser un analogue colloïdal unique des polycristaux atomiques, et des techniques de mesure originales avancées, afin d?élucider, au niveau microscopique, les différents mécanismes entrant en jeu dans la plasticité des polycristaux.

Coordination du projet

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

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Début et durée du projet scientifique : - 0 Mois

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