Élaboration de nouveaux matériaux
Électrodéposition par courants pulsés

L‘utilisation de régimes électriques pulsés est souvent signalée dans la littérature comme susceptible d’améliorer la qualité des dépôts métalliques et/ou la vitesse du procédé. Pratiquement, tous les métaux et alliages sont cités comme pouvant tirer bénéfice de cette technique, au niveau de propriétés aussi variées que : aspect, structure, répartition d’épaisseur, dureté, pureté ou composition pour les alliages…

Cependant, lorsque l’on cherche en France des utilisations à l’échelle industrielle, on rencontre, à côté de quelques applications performantes, des exemples de tentatives qui ont été suivies d’abandon ou qui en sont restées au stade du pilote.

En effet, si les possibilités offertes par les courants pulsés sont multiples, la maîtrise du procédé est exigeante :

• d’une part, les paramètres à optimiser simultanément sont plus nombreux qu’en courant continu ;

• d’autre part, les différentes performances attendues ne relèvent pas des mêmes caractéristiques du régime électrique.

Ainsi, un dépôt à grains très fins exige des créneaux de courant de forte amplitude et de fréquence élevée, ce qui n’est pas le gage d’une bonne répartition de l’épaisseur. Celle-ci relève plutôt d’un régime pulsé inversé qui, s’il est bien choisi, « gomme » les surépaisseurs pendant l’inversion, mais peut également, s’il s’agit d’un dépôt d’alliage, modifier sa composition. En outre, l’ensemble du montage électrique, générateur et cellule, conditionne les caractéristiques du régime pulsé effectivement appliqué.

• Tout projet de mise en œuvre d’un régime pulsé nécessite donc au préalable la définition du but recherché et, autant que possible, la connaissance au moins partielle des raisons pour lesquelles le régime continu est insuffisant. Ainsi, les caractéristiques électriques optimales permettant d’améliorer l’aspect et la répartition de l’épaisseur du dépôt ne seront pas les mêmes selon qu’il s’agit de remédier à une mauvaise répartition des lignes de courant ou à un renouvellement insuffisant de l’électrolyte, par convection, sur certaines parties de l’électrode. Dans ces deux cas, des données théoriques, plus ou moins faciles à utiliser, peuvent servir de guides pour améliorer le dépôt tout en préservant ou, même, en augmentant légèrement ou, plus rarement, notablement sa vitesse effective.

  Cette approche phénoménologique se révèle efficace également pour affiner la structure d’un dépôt en l’absence d’additifs et/ou diminuer la teneur en hydrogène inséré ou en impuretés métalliques. Souvent, un compromis devra être trouvé pour combiner au mieux plusieurs effets correspondant à des caractéristiques électriques différentes ou concilier des effets contradictoires.

• Mais s’il s’agit de modifier la forme cristalline, la texture ou, pour certains alliages, la composition, et donc de jouer sur les propriétés des couches qui en découlent (mécaniques, électriques, optiques, de résistance à la corrosion…), le régime pulsé le mieux adapté est difficilement prévisible. En effet, ces caractéristiques dépendent fortement des phénomènes d’adsorption − désorption aux interfaces, mal identifiés même en régime continu et fonctions de la composition de l’électrolyte. Il convient alors de s’appuyer sur des études préalables à l’échelle du laboratoire, qui pourront gagner à s’effectuer au départ avec un électrolyte simplifié : les additifs performants dans le procédé classique peuvent se révéler inopérants et même néfastes avec certains régimes pulsés.

• À ce stade, l’étude doit analyser le procédé dans son ensemble, y compris le fonctionnement de l’anode et les conditions techniques d’obtention effective du régime pulsé envisagé, fonctions en particulier de l’importance de l’installation. Tous les paramètres devraient apparaître sous forme adimensionnelle pour faciliter le passage ultérieur au stade pilote, puis industriel. Cette transposition d’échelle est l’étape-clé de la mise au point, garante de la maîtrise ultérieure du procédé.

  Outre les dépôts de métaux et alliages, les régimes électriques pulsés sont également testés au stade du laboratoire ou du pilote pour l’élaboration de nouveaux matériaux : multicouches métal / métal, dépôt dans les pores de céramiques, matériaux supraconducteurs…

• Pour être à même d’exploiter au mieux les potentialités offertes par les régimes pulsés, il paraît nécessaire d’avoir une vision claire des modes d’action des différentes caractéristiques de la modulation électrique sur le déroulement des processus aux électrodes, tant en régime stationnaire que transitoire. Une telle approche permet d’analyser a posteriori les améliorations obtenues au niveau de telle ou telle propriété des dépôts, pour des métaux différents, en fonction du régime pulsé préconisé. Cette vision d’ensemble, complétée par une discussion des difficultés de mise en œuvre au stade industriel, devrait permettre d’aborder, dans les meilleures conditions, l’examen des possibilités de mise au point et de développement du procédé pour une application spécifique.