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RÉSUMÉ
Suivant l’échelle retenue, nanométrique, microscopique ou macroscopique, la caractérisation des surfaces sera différente. Elle reste malgré tout définie comme une interface, partie externe d’un solide avec par exemple un gaz, un milieu aqueux, une phase condensée ou un lubrifiant. Cet article est consacré aux différentes approches permettant d’aborder ma notion de surface : cristallographique, physique, thermodynamique. Est également traitée le cas des surfaces industrielles et leur caractérisation pratique.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Gérard BÉRANGER : Professeur à l’Université de Technologie de Compiègne (UTC) - Membre de l’Académie des Technologies
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Henri MAZILLE : Professeur Émérite à l’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA)
INTRODUCTION
Il existe différentes façons d’appréhender les surfaces, par exemple en termes d’échelle ou de propreté. Mais on peut aussi distinguer les surfaces modèles des surfaces industrielles, donc réelles. Les caractéristiques correspondantes ne seront pas nécessairement les mêmes. Si le physicien du solide va s’intéresser à la structure électronique des atomes de surface et observer celle-ci à l’échelle nanométrique, l’ingénieur et le technicien vont regarder la surface comme une empreinte de l’outil qui a permis de l’obtenir ou de la conditionner. L’échelle de l’observation ne sera pas la même : de nanométrique voire microscopique dans le premier cas, elle sera méso- et le plus souvent macroscopique dans le second [9] [10].
Quelle que soit la discipline, la surface est communément définie comme la partie ou la limite externe d’un solide. Compte tenu du fait que tout matériau est généralement utilisé dans un environnement donné (air, gaz, milieu aqueux, phase condensée, lubrifiant, etc.), la surface doit être considérée comme une interface : solide – gaz, solide – liquide, voire solide – solide. Dans ce contexte, compte tenu des profils de composition ou de caractéristiques dans la zone voisine de la surface, on introduit même la notion d’interphase, ce qui permet d’introduire celle de propriétés adaptatives (gradient d’indices de réfraction par exemple).
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VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 1983 par Jacques GALLAND
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Approche cristallographique et géométrique d’une surface4. Surfaces industrielles et leur caractérisation pratique
4.1 Surfaces industrielles
L’aspect d’une surface industrielle dépend de l’ensemble des opérations réalisées ; en particulier, elle comporte toujours « l’empreinte » de l’outil de mise en forme. Chaque surface devra donc être contrôlée de façon appropriée, avant mise en service. Pour ce faire, il faut disposer d’un outil ayant une bonne profondeur de champ pour observer précisément la topographie de cette surface ; le microscope électronique à balayage est souvent choisi, car sa gamme de grandissement est très large (de × 30 à × 30 000 fois dans certains cas). Chaque secteur industriel peut ainsi se constituer un « atlas » des principaux faciès, selon l’outil de finition ; dans le cas d’une surface plane d’un produit en acier, on pourra trouver par exemple :
-
les rayures régulières et croisées de fraisage ;
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les rayures resserrées après rectification ;
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la topographie morcelée, voire « mamelonnée » après grenaillage ;
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la « ponctuation » ou les « sillons » après traitement au laser, etc.
Outre ses aspects topographiques, une surface industrielle a, nous l’avons vu précédemment, une structure et une composition plus complexes qu’une surface polie mécaniquement en laboratoire. Les différentes zones superficielles (figure 7) sont plus perturbées et la zone chimiquement affectée est souvent beaucoup plus contaminée par les produits lubrifiants utilisés en laminage ou étirage (y compris à chaud) et en emboutissage. La zone perturbée mécaniquement peut s’étendre sur une profondeur plus importante, qui dépend de l’opération effectuée : le corroyage par exemple, peut altérer la surface sur une épaisseur variable de plusieurs dizaines à quelques centaines de micromètres. Outre les déformations et les contraintes résiduelles, des gradients de concentration importants peuvent exister et modifier l’ensemble des propriétés de surface. Notons que les frontières entre les différentes zones sont...
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