Evolutions morphologiques par traitement thermique, de certains profils cristallins simples, entre la simulation et l’expérience

Abstract

Introduction : lorsqu’on chauffe un solide sa forme change par un déplacement de matière (ou d’atomes). Plusieurs phénomènes peuvent être à l’origine de ce transport. La diffusion de surface, l’évaporation libre, la diffusion en volume et le phénomène d’évaporation-condensation en sont les principaux. Ils peuvent avoir des effets plus ou moins importants suivant les conditions expérimentales. Plusieurs travaux expérimentaux et de simulation se sont intéressés à ces évolutions morphologiques sur des profils particuliers (cristaux en forme de pointes coniques, surfaces ou fils cylindriques comportants des rayures périodiques, surfaces comportants des rayures de joints de grains…etc.) expérimentalement c’est la microscopie électronique qui a été le moyen d’investigation le plus adéquat pour l’étude de ces évolutions morphologiques. D’un point de vu théorique c’est le travail de Mullins qui a été à la base de ces études, et de là un schéma numérique sur la résolution d’un système d’équations différentielles par la méthode des différences finies c’est dégagé. Première partie : simulation : en utilisant le schéma numérique en question, transformé et simplifié, on tente dans ce travail de rendre compte par simulation, de l’évolution morphologique d’autres profils géométriques simples, parabolique et elliptique, en tenant compte de la diffusion de surface seuls puis de l’évaporation libre seule et enfin par l’action par l’action combinée de ces deux phénomènes. Il est à noter que le profil parabolique simule correctement la forme d’une pointe métallique utilisée abondamment comme cathode à émission électronique en microscopie à effet tunnel. En plus, la plus part du temps ces pointes sont chauffées, d’où l’intérêt pratique de ces études. L’intérêt fondamental réside en particulier dans la détermination du coefficient de surface. Une bonne partie de ce travail a été consacrée à la transformation du schéma numérique, l’utilisation d’un maillage à pas variable et de la coordonnée cartésienne, simplifie d’une façon non négligeable ce schéma, aussi l’utilisation de la méthode explicite-implicite confère au schéma une précision d’ordre deux ; en plus de ça, on présente le programme informatique écrit à cet effet en langage Fortran Pascal. L’utilisation de ces deux langages nous a permis de connaitre avec un microprocesseur de type 486 Dx2 c’est avéré très suffisant. Une remarque très importante se dégage de la confrontation de la simulation et de l’expérience concernant la mesure du coefficient d’autodiffusion de surface Ds aux hautes températures, à part ça, les résultats obtenus sont tout à fait conformes à ceux trouvés par des études antérieures faites sur des pointes que ce soit d’un point de vu simulation ou expérience. Deuxième partie : expérience : cette partie est en fait une reprise, sur ma thèse de troisième cycle, de quelques résultats sur l’étude des pointes. Cette étude permet la visualisation directe, in-situ dans un microscope à balayage (M.E.B), des évolutions morphologiques par les phénomènes d’autodiffusion de surface et d’évaporation libre sur des pointes de cuivre. Un film vidéo a été réalisée pour montrer, notamment, l’émoussement et l’affinage des pointes, successivement par ces deux phénomènes. Aussi, la formation de gouttes solides sur des pointes à faible angle de cône. Cette reprise nous a permis, entre autre, de faire une comparaison entre ces deux parties, expérimentale et de simulation et plus particulièrement quelques critiques concernant la mesure du coefficient d’autodiffusion de surface Ds du cuivre à haute température sont avancées.