Mesures de champs de déformations aux échelles micro et nanométriques

Description du projet

L’étude du comportement mécanique des matériaux nécessite souvent une observation des phénomènes physiques de déformation aux échelles caractéristiques de leur hétérogénéité, ceci afin de formuler des lois macroscopiques bien fondées ou bien de définir ces lois à partir de techniques de changement d’échelles (passage micro-macro). Les échelles caractéristiques sont de l’ordre de quelques dizaines de micromètres pour la plupart des alliages métalliques (taille des grains) à un micromètre pour une interphase dans un matériau composite fibreux. Pour cela, il est nécessaire d’observer les déformations du matériau mais si on veut aller plus loin et quantifier ces déformations, on doit mettre en œuvre une technique d’extensométrie. L’hétérogénéité du matériau à ces échelles ne permet pas alors d’utiliser efficacement des mesures extensométriques ponctuelles. Une alternative très pertinente consiste donc à mesurer des champs de déformations. L’objectif de ce projet intitulé « Nanodef », et financé dans le cadre du CPER 2004-2007, est la mise au point de techniques permettant de mesurer des champs de déplacement et de déformations à la surface de matériaux sollicités mécaniquement avec des résolutions spatiales allant de 5 micromètres à 50 nanomètres. Les deux étapes principales du projet sont la mise au point de techniques de marquage (ou de codage) des surfaces dédiées et le développement de techniques d’observation (numérisation) de ces marquages. Les marquages seront de type « grille » et la détection des déplacements est effectuée par une méthode de décalage de phase spatiale Les grilles ont été réalisées par photolithographie interférentielle directe. Pour l’observation et la numérisation des réseaux, le choix s’est porté sur la microscopie interférométrique en lumière blanche qui donne accès à la topographie 3D de la surface d’intérêt. Une étude de bruit à permis d’optimiser la réalisation des réseaux pour l’application mécanique auxquels ils étaient destinés. Par ailleurs, l’application de déplacements de corps rigide a permis de mettre en évidence un problème de corrélation spatiale de ce bruit qui ne pouvait être ignoré. Ainsi, et en apportant un soin particulier sur la réalisation expérimentale des essais mécaniques, la résolution en déformation obtenue est de l’ordre de 1 à 2×10−3 pour une résolution spatiale d’environ 20 μm. Une première application concernant l’étude des déformations élasto-plastiques d’un acier ferritique a permis de valider la présente méthode. Thèse : Raphaël MOULART (à télécharger sur la page des thèses) Collaboration : ICD/LNIO, UTT

Les membres associés à ce projet

Les publications liées à ce projet

MOULART R., ROTINAT R., PIERRON F., LERONDEL G. On the realization of microscopic grids for local strain measurement by direct interferometric photolithography. Optics and Lasers in Engineering. Volume : 45. Numéro : 12. Pages : 1131-1147. 2007. Elsevier.

MOULART R., ROTINAT R., PIERRON F. Full-field evaluation of the onset of microplasticity in a steel specimen. Mechanics of Materials. Volume : 41. Numéro : 11. Pages : 1207-1222. 2009. Elsevier.

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