Thématique scientifique "Mécanique et Morphologie Multi-échelles des Surfaces (M3S) "

 

Les caractérisations mécaniques et morphologiques des surfaces sont d’un intérêt capital dans l’utilisation de tous types de matériaux et pour tous types d’application que ce soit en milieu agressif et corrosif, en conditions mécaniques très sévères ou plus simplement pour augmenter l’efficacité énergétique ou la durabilité.

La surface du matériau est la zone agressée et la détermination de ses propriétés ne peut passer que par une étude locale. C’est pourquoi, indépendamment les uns des autres initialement, nous avons fait le choix d’utiliser la technique d’indentation instrumentée qui est une technique simple à mettre en œuvre et qui permet en outre d’étudier un grand nombre de propriétés (dureté, élasticité, ténacité) et de comportements (traction, fatigue, fluage, relaxation). La liste des propriétés que l’on vient de lire montre que l’on s’intéresse également au matériau et que l’on peut alors étendre le concept d’essai local à l’idée d’essai impliquant une faible quantité de matériau et étendre notre champ d’actions à des techniques complémentaires comme le Small Punch test ou le scratch test.

La force de notre thématique et de notre association au sein de cette fédération de mécanique est d’associer nos compétences mais surtout différentes approches. Tout d’abord, cela concerne l’échelle de l’étude, de l’échelle nanométrique à l’échelle macro-métrique avec la possibilité d’observer in-situ l’essai et de le réaliser à chaud. Cela permet aussi de confronter notre méthodologie car les résultats sont très sensibles à des paramètres initiaux comme le défaut de pointe de nos indenteurs. De plus, cela concerne la complémentarité des essais mécaniques et de l’étude morphologique des surfaces.

Les essais sont sensibles à de nombreux paramètres comme le rapport entre volume déplacé et volume élémentaire représentatif, la rugosité de la surface, l’hétérogénéité du matériau, les contraintes résiduelles, … L’apport de modèles et l’étude morphologique de la surface des empreintes (déflection des faces, formation de bourrelets, densification dans le cas de matériaux poreux, …) comme du volume (densification, formation de fissures, …) sont essentiels à la compréhension des mécanismes de déformation et donc à l’interprétation des résultats.

Notre complémentarité et notre approche ouvrent la porte à des études très poussées de tous types de matériaux, des matériaux massifs homogènes aux matériaux revêtus de films minces (quelques centaines de nanomètres) à des revêtements épais (quelques millimètres) homogènes ou hétérogènes. Il peut aussi s’agir de matériaux composites ou polymères, de bétons, ...

Le fait de disposer de plusieurs techniques mécaniques complémentaires et de la possibilité de réaliser des études morphologiques conduit à s’intéresser à la notion de fusion de données consistant à consolider l’information issue des différentes techniques autour d’un même objectif, ce qui suppose d’être capable d’évaluer les incertitudes donc de développer une démarche métrologique. Cette notion de fusion de données fait partie des outils émergents clés pour pallier la limite des techniques tant en termes d’observabilité qu’en termes d’incertitudes devant des objectifs de performances toujours plus ambitieux.

Cette thématique s’appuie sur des collaborations fortes initiées depuis plus de 20 ans qui se sont traduites par de nombreuses publications communes, par des codirections de thèses et l’organisation collégiale d’un colloque sur l’indentation en 2016. Ce dernier a réuni plus de 120 participants universitaires et industriels, montrant l’importance de la technique de caractérisation par indentation instrumentée.