Structure métallique: plus c'est petit, plus c'est solide !
Publié par Adrien le 22/01/2008 à 00:18
Source: BE Etats-Unis numéro 106 (11/01/2008) - Ambassade de France aux Etats-Unis / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/ ... /52536.htm
Illustration: Lawrence Berkeley National Laboratory
Quand on réduit fortement les dimensions d'un objet métallique pour atteindre l'échelle du micron, on observe que les propriétés mécaniques du matériau s'améliorent très sensiblement. Ce phénomène connu depuis près de 50 ans a été beaucoup étudié et plusieurs théories ont été avancées pour l'expliquer, mais ce n'est que récemment qu'il a été possible d'observer et d'enregistrer ce qui se passe précisément dans des microstructures sous stress (Le stress (« contrainte » en anglais), ou syndrome général d'adaptation, est l'ensemble des réponses d'un organisme...).


Compression d'un pilier de nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.) de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la longueur de ce segment. Pour...) d'environ 150 nanomètres.
Avant la compression (à gauche), le pilier présente une grande densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de...) de dislocations internes.
Après la compression (à droite), les dislocations ont disparu.

Des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory (Le Laboratoire national Lawrence Berkeley (Ernest Orlando Lawrence National Laboratory, anciennement Berkeley Radiation Laboratory et plus connu sous le nom de Berkeley Lab ou LBNL), est un laboratoire national...) aux Etats-Unis ont utilisé le microscope In Situ du National Center for Electron Microscopy (NCEM) pour observer les changements de structure induits sous forte compression à l'intérieur de piliers de nickel de diamètres compris entre 150 et 400 nanomètres. En général, on provoque des déformations mécaniques qui se traduisent par une augmentation du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de dislocations dans le matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en...). Mais dans des structures microscopiques qui possèdent un rapport surface/volume bien plus important, il semble que le processus peut être très différent. Les images vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la restitution d'images animées, accompagnées ou non de son,...) enregistrées à l'aide du microscope montrent en effet que les piliers de nickel ont à l'origine pleins de dislocations, et que sous compression, les dislocations sont progressivement éliminées en se déplaçant vers la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet...), ce phénomène permettant finalement d'obtenir un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :) cristallin d'excellente qualité, où la densité de dislocations a été réduite de près de 15 ordres de grandeurs.

L'interprétation de ce processus de "recuit mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission,...)" est que les dislocations sont éliminées du matériau avant qu'elles puissent interagir et se multiplier. On ne pourra déformer la structure que si de nouvelles dislocations sont créées, ce qui est effectivement observé sous de plus forts taux de compression (Le taux de compression est une mesure de la performance d'un algorithme de compression de données informatiques. Il est généralement exprimé en pourcentage, et noté τ. Deux définitions sont communément...) qui provoquent la nucléation de nouvelles sources de dislocation (En science des matériaux, une dislocation est un défaut linéaire correspondant à une discontinuité dans l'organisation de la structure cristalline. Une dislocation peut...) au coeur du matériau. Pour les échantillons de nickel de plus fort diamètre (à partir de 300 nm), la guérison (La guérison est un processus biologique par lequel les cellules du corps se régénèrent pour réduire l'espace d'une région...) des défauts cristallins n'est pas complète, et des dislocations restent encore visibles après compression. Cependant, on observe quand même une nette (Le terme Nette est un nom vernaculaire attribué en français à plusieurs espèces de canards reconnaissablent à leurs calottes. Le terme est un emprunt au grec ancien...) amélioration de leurs propriétés mécaniques, et il faut des contraintes plus fortes pour induire des déformations dans ces matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.).

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