Thème 1 – Physique et Mécanique des surfaces

Responsables de thème

Ludovic Thilly (ludovic.thilly@univ-poitiers.fr / +33 5 49 49 68 31)
Pierre-Olivier Renault (pierre.olivier.renault@univ-poitiers.fr / +33 5 49 49 67 45)


Le développement de matériaux multifonctionnels ayant des propriétés de surface/interface spécifiques est un axe de recherche « cœur » d’INTERACTIFS. Les propriétés physiques et mécaniques de la surface peuvent être contrôlées par ajout de nouvelles phases, modification de la microstructure, ou texturation de la surface à l’échelle nano/micrométrique. De petites modifications de la surface peuvent en effet induire des modifications spectaculaires du comportement macroscopique. INTERACTIFS s’appuie sur plusieurs technologies de pointe d’ingénierie des surfaces : texturation et gravure par bombardement ionique, implantation ionique, déposition. Ces techniques reposent sur l’interaction de la matière avec les ions qui sont soit pulvérisés ou déposés à la surface, soit implantés dessous. Une attention particulière est portée aux effets induits par ces interactions ions-matière afin d’éviter toute modification de propriétés physiques ou production de défauts non désirée lors du traitement de la surface. Pour cela, la caractérisation complète de la microstructure de la surface traitée doit être effectuée par les techniques classiques de microscopie (MEB-FEG, EBSD, MET, AFM, STM) préalablement aux mesures de propriétés physiques.

La difficulté vient des échelles basses qui nécessitent le développement d’outils d’élaboration et de transformation des surfaces très spécifiques ainsi que de la métrologie à petite échelle associée. La maîtrise de ces outils est un enjeu majeur avec une large portée en termes de développements scientifiques et applicatifs. Si on est capable de modeler / maîtriser la structure des premières couches atomiques, on peut envisager de piloter les mécanismes qui se développent dans cette zone et qui conditionnent les propriétés de la surface.

Le thème 1 se divise en 3 thématiques de recherche :

  • Action 1.1. La première traite du rôle des contraintes internes et des surfaces sur la réponse élastique et plastique des matériaux.

Responsables : Anne Joulain / Joël Bonneville

Ces recherches s’intéressent aux phénomènes qui prennent leurs sources dans le matériau près de l’interface fluide-solide. Celle-ci introduit une longueur caractéristique de l’ordre de quelques nanomètres qui engendrent des réponses spécifiques du matériau. Les effets d’échelle induits sont à la source de la problématique et influencent aussi bien l’élasticité que les premiers stades de la plasticité dans les cristaux. Les enjeux sont d’appréhender ces effets d’échelle aussi bien d’un point de vue expérimental qu’en termes de modélisation.

  • Action 1.2. La seconde est liée à la transition plasticité/endommagement et l’interaction entre les défauts de surface et l’environnement.

Responsables : Yves Nadot / Gilbert Henaff

Un volet complémentaire à la connaissance des premiers stades de plasticité à la surface porte sur les scénarii qui vont conduire à l’initiation de l’endommagement du matériau. Dans ce scénario de transition plasticité/endommagement, les effets d’environnement jouent un rôle majeur. Certains éléments fluides peuvent traverser l’interface, pénétrer le solide et modifier les mécanismes de déformation.

  • Action 1.3. La troisième peut être considérée comme une « boîte à outils » pour les expériences à l’échelle nano / micro. L’objectif est de développer des dispositifs et protocoles de mesure, aussi précis que possible, afin d’être en mesure d’éviter les artefacts dans la quantification à l’échelle micro.

Responsables : Valéry Valle / Pascal Doumalin

Ces trois actions sont associées à des questions scientifiques à différentes échelles, du nanométrique au comportement macroscopique. Leur combinaison vise à une compréhension / prédiction / contrôle des phénomènes physiques et mécaniques impliqués dans le comportement des surfaces/interfaces. Ce schéma multi-échelle et multi-physique est illustré par la figure ci-dessous.

Nano-ingénierie des surfaces : enjeux scientifiques en physique et mécanique des surfaces de l’élasticité à l’endommagement.


Activités de recherche en cours