Caractérisation des surfaces par SDL

Les propriétés d’emploi des matériaux dépendent souvent, dans une large mesure, de leur composition superficielle. Afin de conférer aux produits une plus grande valeur ajoutée, l’industrie s’est attachée à développer des traitements de surface ou des revêtements permettant d’apporter à un matériau des propriétés surfaciques supplémentaires. On peut ainsi, en protégeant un acier au carbone par un revêtement de zinc et un système de peinture, lui conférer une résistance à la corrosion tout en gardant d’excellentes propriétés mécaniques (tôles automobiles par exemple).

Il en est de même si l’on veut améliorer la résistance à l’usure, les propriétés d’isolation, la résistance à l’oxydation... Le développement de tels traitements a nécessité la mise en place d’outils d’étude et de contrôle afin d’aboutir à des produits fiables et reproductibles.

Compte tenu de l’essor de l’industrie des traitements de surface, l’analyse et d’une façon plus large la caractérisation des surfaces de solides correspondent à un grand besoin dans des domaines très divers : corrosion, oxydation, passivation, catalyse, usure, frottement, lubrification, diffusion, adsorption, adhérence, conductivité thermique et électrique, etc. Suivant le problème étudié et les propriétés concernées la définition du terme surface peut varier de façon très importante, depuis la stricte monocouche jusqu’à des couches atteignant plusieurs dizaines de micromètres ou plus (dépôts plasma par exemple).

Il existe une très grande variété de méthodes d’analyse disponibles, dont certaines sont essentiellement utilisées dans les centres de recherches universitaires ou les centres techniques. On constate cependant aujourd’hui que la localisation des outils est plus large et qu’elle dépend d’une part du degré de sophistication et d’avancement de la technique, et d’autre part, de la valeur ajoutée du produit analysé.

Cependant, si l’on exclut le domaine de la microélectronique, peu de méthodes sont adaptées au contrôle des surfaces industrielles à partir du moment où l’on souhaite une information rapide sur un grand nombre d’éléments et pour des épaisseurs de couches très variables, ce qui est souvent le cas après les traitements ou les revêtements.

Par ailleurs, la qualité des échantillons ne permet pas toujours l’obtention d’un vide poussé (porosités, présence de résidus organiques...).

Compte tenu de sa facilité de mise en œuvre et de son large domaine d’utilisation, la spectrométrie à décharge luminescente SDL, (en anglais GDOS : « Glow Discharge Optical Spectrometry ») a connu un essor important au cours de ces dernières années dans les domaines de l’automobile, de la métallurgie, de l’énergie ou de l’armement principalement. L’intérêt pour cette technique s’est encore renforcé depuis le développement des sources à radiofréquence (GDRF : « Glow Discharge Radio Frequency source ») qui permettent l’extension de la méthode au domaine des matériaux non conducteurs.

Bien entendu, cette technique ne peut prétendre à elle seule décrire tous les aspects de la surface, car elle ne fournit que des profils de concentration élémentaires. Les informations pourront être complétées par celles obtenues par d’autres techniques courantes (microscope à balayage, microsonde, profils par voie chimique, etc.) ou plus sophistiquées (spectrométrie XPS, Auger, des ions secondaires, etc.).