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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- Version courante de juin 2013 par Christian CODDET, Cécile LANGLADE
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Mise en œuvre des faisceaux1. Production des faisceaux
Par définition, un faisceau est composé de rayonnements ou de particules de caractéristiques semblables et suivant un même trajet. Les faisceaux d’énergie utilisés en traitement de surface sont essentiellement constitués de rayonnements électromagnétiques, d’électrons ou de gaz chauds. Afin de simplifier la présentation, on considère ici leur caractère corpusculaire afin de traiter les faisceaux de matière et d’énergie de façon identique, depuis le photon jusqu’aux particules de sablage. Toutefois, seules les particules ayant des applications significatives en traitement de surface sont considérées.
La production d’un faisceau de matière ou d’énergie consiste donc d’une part à créer les particules, qu’elles soient élémentaires ou composées, et d’autre part à leur communiquer une vitesse dans une direction donnée.
Si les particules de matière de faible niveau énergétique (basse température) sont aisément stockables (poudres, grenailles), les particules de haute énergie (particules élémentaires, photons) ne le sont que très difficilement ou pas du tout – en dépit de la dualité énergie/matière – et doivent donc êtres produites instantanément.
Schématiquement, quatre principaux types de particules sont considérés.
-
Les photons sont caractérisés par leur niveau énergétique hν
avec :
- h :
- constante de Planck (6,62 · 10−34 J · s)
- ν (Hz) :
- fréquence de vibration,
et :
![]()
avec :
- c :
- vitesse de la lumière (3 · 108 m · s−1)
- λ (m) :
- longueur d’onde.
-
Les particules dotées d’une charge électrique, principalement les électrons et les ions, ont un niveau énergétique qui peut être aisément...
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