Les surfaces et les interfaces jouent un rôle primordial en science des matériaux. Elles font l’objet de recherches au LGF depuis de nombreuses années. C’est particulièrement vrai dans l’équipe SURF, mais pas uniquement : les surfaces et les interfaces sont présentes en tant que concepts ou objets physiques dans nos quatre équipes. La thématique « Surfaces et interfaces » est organisée autour de trois axes principaux.
Rôle des surfaces et des interfaces dans la durabilité des matériaux
La surface peut être définie comme la frontière entre le matériau et l’environnement extérieur. Elle est donc le lieu privilégié de mécanismes de dégradation, comme par exemple, pour les matériaux métalliques, la corrosion aqueuse, l’oxydation à haute température ou la prise d’hydrogène. De même, les joints de grains peuvent constituer des « points faibles » des matériaux métalliques, notamment en présence de ségrégations, et conduire à des ruptures intergranulaires, sous certaines sollicitations thermomécaniques. La compréhension et la modélisation des phénomènes de dégradation liés aux surfaces et aux interfaces constituent l’un des « cœurs de métier » du LGF.
En parallèle de cette démarche de compréhension et de modélisation, et en lien avec nos partenaires de Lyon-Saint-Etienne, nous avons initié récemment une approche d’ingénierie des surfaces, visant à contrecarrer les phénomènes de dégradation. On peut citer par exemple le projet Surfadur (collaboration avec ENISE-LTDS), soutenu par le LABEX MANUTECH SISE, qui vise à limiter la corrosion fissurante d’un acier inoxydable par un traitement mécanique de la surface par galetage, ou encore le projet Hytex (collaboration avec UJM-LaHC), financé par l’EUR SLEIGHT, dont l’objectif est de limiter la prise d’hydrogène dans les matériaux métalliques par une texturation Laser de la surface.
Modélisation du rôle des surfaces et des interfaces dans les procédés de mise en œuvre des matériaux
La prise en compte des effets de surface et d’interface est primordiale dans la modélisation de certains procédés de mise en œuvre des matériaux. Sans être exhaustif, c’est particulièrement vrai dans les cas suivants, qui font l’objet de travaux de recherche en cours au LGF :
- Effet de tension de surface et d’interface et d’interface sur l’élaboration de composites structuraux par infusion de résine,
- Rôle des diffusions de surface et d’interface dans le frittage des matériaux céramiques par chauffage micro-onde,
- Impact des interactions de surface entre grains sur les propriétés rhéologiques des poudres.
Développements méthodologiques
Le LGF développe des méthodologies expérimentales pour la caractérisation des surfaces et des interfaces dans les matériaux. Cette activité est organisée principalement autour des trois axes suivants :
- Méthodes quantitatives pour l’analyse chimique des surfaces et des interfaces dans les matériaux par XPS, Auger et STEM-EDX,
- Méthodes pour l’étude micro-mécanique des surfaces et des interfaces (nano-indentation, essais mécaniques sur micro-piliers ou micro-poutres, mesures d’interaction grain-grain par AFM),
- Méthodes optiques pour la caractérisation des couleurs et du rendu visuel.
Nous développons également des méthodes de traitement de surface pour le rendu visuel : anodisation colorée, texturation de surface.
