Analyse tridimensionnelle expérimentale et numérique complète des champs mécaniques locaux dans un polycristal : micromécanismes de plasticité cristalline et de glissement aux joints du sel gemme. – MicroNaSel

La compréhension des réponses mécaniques des matériaux polycristallins en liaison avec leur microstructure est au centre des problématiques d'élaboration de matériaux manufacturés performants ou d'utilisation maîtrisée de matériaux naturels. La mise en œuvre physiquement fondée d'une telle approche micromécanique ne peut se passer d'analyses expérimentales pour alimenter et valider les modélisations, tant en termes de mécanismes physiques élémentaires, d'échelles pertinentes d'interactions et d'hétérogénéités, que d'évolution des microstructures. Cette conviction a motivé deux décennies de développements de techniques expérimentales d'analyse à microéchelle des matériaux, utilisant par exemple les essais mécaniques sous observation par microscopie électronique ou optique, ou par diffraction, en dialogue avec des modèles de comportement analytiques ou numériques. La plupart de ces analyses restent toutefois surfaciques et souffrent de la non représentativité potentielle des réponses mécaniques de surface par rapport aux phénomènes à cœur.

Dans l'objectif de supprimer ce verrou, le projet vise d'abord à étendre, au travers de plusieurs défis technologiques, ces mesures locales à une analyse totalement tridimensionnelle, non seulement des microstructures initiales, mais aussi de leurs évolutions et surtout de leurs réponses mécaniques en termes de champs de déformations et de contraintes à microéchelle. On cherchera également à construire une démarche combinant ces mesures de champs 3D à des simulations numériques aux mêmes échelles utilisant les outils numériques les plus récents. Enfin, on confrontera les résultats de cette nouvelle approche aux démarches existantes d'analyses en surface, de mise en œuvre plus universelle, dans le but de les valider ou de les améliorer. En particulier, la pertinence des techniques récentes de reconstruction volumique de microstructures à partir d'observations de surface pourra être évaluée.

Cette démarche sera mise en œuvre sur un matériau modèle simple, le sel gemme, dont l'intérêt est multiple :
- son faible coût, la possibilité de contrôler sa microstructure cristalline et sa facilité de mise en œuvre
- sa bonne adéquation à l'ensemble des techniques expérimentales développées
- la variété de ses mécanismes de déformation et leur similitude avec celles de nombreux métaux garantissant la portée générale du projet
- son intérêt en tant que matériau constitutif de massifs hôtes de structures de stockage.

Une particularité de ce matériau est son aptitude à se déformer, suivant sa microstructure et les conditions thermodynamiques, aussi bien par glissement de dislocations que par glissement aux joints. Une composante importante du projet, exploitant la méthodologie développée, visera à comprendre, décrire et caractériser ce mécanisme de glissement aux joints, bien moins connu que la plasticité par mouvement de dislocations.