Présentation
Auteur(s)
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Christian CODDET : Professeur à l’université de technologie de Belfort-Montbéliard
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les traitements par faisceaux de matière ou d’énergie occupent une place de plus en plus importante dans la panoplie très large des techniques de traitement de surface. Ce n’est pas un hasard. En fait, l’utilisation de faisceaux par rapport aux bains ou aux atmosphères permet surtout d’effectuer des traitements localisés afin d’atteindre les bonnes propriétés aux bons endroits, car il est rare qu’une pièce soit sollicitée de façon uniforme sur l’ensemble de sa surface. D’autres avantages justifient encore leur développement : facilité de manipulation des pièces qui restent sèches et la plupart du temps à température voisine de l’ambiante, rapidité d’exécution liée à la réalisation de traitements localisés avec des outils puissants, limitation des déchets et des pollutions en l’absence de bains et par une mise en œuvre instantanée ou quasi instantanée.
Bien entendu, des limitations existent ; elles portent principalement sur la forme des surfaces à traiter. Par définition, un faisceau est directif et travaille donc en ligne de vue ; les surfaces tourmentées et les alésages sont donc difficiles à traiter par ce moyen. Par ailleurs, les équipements sont souvent coûteux et par conséquent, leur taux d’occupation doit être élevé afin d’assurer un retour sur investissement acceptable.
La diversité des faisceaux de matière et d’énergie est très grande et leurs principes physiques, de même que leurs effets, sont à première vue très variés : comment comparer un photon et une grenaille d’acier, par exemple ? En fait, des analogies existent, en particulier au niveau des énergies mises en jeu à l’impact avec les substrats à traiter. En outre, la matière peut quelquefois servir uniquement de véhicule énergétique, comme dans le cas du grenaillage par exemple.
Aussi cette introduction s’attachera-t-elle à donner une première vue globale conjointe des faisceaux de matière et d’énergie à travers leurs modes de production, leurs technologies de mise en œuvre et leurs applications types, en utilisant comme principe directeur les interactions avec le substrat.
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VERSIONS
- Version courante de juin 2013 par Christian CODDET, Cécile LANGLADE
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Interactions faisceaux-substrats et applications2. Mise en œuvre des faisceaux
À première vue, les caractéristiques des particules évoquées précédemment paraissent très éloignées les unes des autres. En fait, leur utilisation pour traiter ou transformer la matière implique des niveaux d’énergie qui sont finalement assez voisins et dont la comparaison permet de mieux comprendre les mécanismes de fonctionnement des techniques les plus complexes. Le tableau 1 présente dans cet esprit un certain nombre de caractéristiques typiques de particules. L’attention du lecteur est toutefois attirée sur le fait que ces données relèvent pour certaines de calculs ou d’évaluations simplifiés, ne prenant pas en compte par exemple les phénomènes relativistes pour les particules élémentaires, l’évolution des sections efficaces de collision avec le niveau d’énergie ou bien encore la nature des substrats. On s’aperçoit ainsi, par exemple, que les densités d’énergie pour une particule à l’impact sur un solide sont assez voisines les unes des autres avec des grandeurs typiquement comprises entre 1 et 1 000 kJ/m2.
on rappelle par exemple qu’entre un faisceau de micro-ondes et un faisceau de rayons γ , le rapport des niveaux énergétiques représente plus de 15 ordres de grandeur.
Cela étant, les faisceaux étant formés à partir des sources décrites précédemment, il s’agit maintenant de les transporter jusqu’à la surface du subjectile afin d’assurer le traitement envisagé. Outre le transport lui-même, il conviendra la plupart du temps d’assurer aussi des fonctions de focalisation pour contrer la tendance naturelle des faisceaux à diverger.
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En ce qui concerne les photons, l’air étant un milieu transparent, le moyen le plus classique consiste à utiliser des miroirs et des optiques classiques de focalisation pour atteindre la bonne trajectoire. Éventuellement, le chemin du faisceau peut être gainé pour limiter l’influence des poussières. Le déplacement du faisceau est réalisé le plus couramment par l’oscillation des miroirs. Des bras articulés sont aussi disponibles sur le marché, mais ils demeurent fragiles. En fait, ces moyens sont peu adaptés au domaine des traitements de surface. Aujourd’hui cependant, des fibres optiques permettent une distribution pratique et sûre des faisceaux. Associées à un manipulateur, ces fibres s’avèrent...
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