IV
A. CORNET et J.-P. DEVILLE
une zone pénétrant le volume sur une épaisseur allant des premiers nanomètres
à, parfois, quelques centaines de micromètres et permettre ainsi à deux communautés scientifiques et technologiques de se rencontrer et de confronter leurs
concepts : celle des << métallurgistes B (au sens large) qui se préoccupent surtout
des matériaux de structure (tournés vers les propriétés mécaniques et la protection vis-à-vis des agressions chimiques) et celle des physiciens et physico-chimistes des surfaces qui étudient plutôt les matériaux de fonction (orientés vers
les propriétés électroniques, optiques ou magnétiques). Par convention, on parlera de surface pour la séparation entre une phase diluée (gaz) et une phase
condensée (liquide ou solide), d’interface pour une séparation entre deux
phases condensées (liquide/liquide, liquide/solide, solide /solide). Quoique
consacré pour l’essentiel aux surfaces, cet ouvrage traitera aussi d’interfaces,
sachant que la différence entre les deux concepts est souvent faible, notamment
en thermodynamique. Mais dans ce texte, hormis le mouillage, nous considérerons rarement les interfaces mettant en présence des liquides. Celles-ci sont très
bien décrites dans les ouvrages qui traitent de la corrosion ou de l’électrochimie.
La plupart des ouvrages traitent les surfaces comme des entités << en soi >> et
les envisagent essentiellement comme étant le siège de propriétés spécifiques
(adsorption physique ou chimique, corrosion, catalyse.. .). En revanche, peu
d’ouvrages sont consacrés à l’état mécanique des surfaces et à ce qu’on pourrait
appeler leur ingénierie. I1 s’agit ici d‘étudier la surface après son elaboration,
donc d’analyser sa morphologie, sa structure, sa composition après sa création
ou sa modification. En réalité, dans de nombreuses applications industrielles cet
<< état mécanique >>joue un rôle important sur les propriétés et il est nécessaire de
connaître les concepts physiques ou physico-chimiques qui permettent de le
décrire, le caractériser et le comprendre.
N o u s débutons cet ouvrage par la création de la surface (clivage, étirement,
dressage mécanique, dépôt de matière, modification physico-chimique.. .). Nous
montrons que la surface considérée comme séparation arbitraire d u n volume ou
d’un cristal en deux parties non affectées par la coupure n’est pas stable. À partir de notions simples de thermodynamique classique (quantités d’excès de
Gibbs notamment), nous établissons que la tension superficielle est reliée directement à un potentiel thermodynamique dont la minimisation permet de comprendre l’évolution tant de la surface propre sous vide (métaux, semi-conducteurs) que des surfaces créées à l’air libre ou en atmosphère contrôlée
(polymères, matériaux). C’est dans ce premier chapitre que nous abordons
relaxation, reconstruction, adsorption, mouillabilité.
Ensuite, dans un second chapitre, nous commençons la description de l’état
mécanique et géométrique des surfaces en nous intéressant notamment aux définitions de la rugosité. Nous voudrions montrer que les concepts de rugosité utilisés dans la technologie des traitements de surface sont universels et que seules
les échelles de résolution des instruments de mesure changent. Ce chapitre est
aussi le début d’une exploration vers la profondeur du matériau sous-jacent car,
outre la rugosité, nous prenons en compte contraintes et dureté superficielles.
L a question du comportement mécanique des surfaces et celle de leurs
propriétés fonctionnelles (frottement et usure) sont traitées dans le troisième
A. CORNET et J.-P. DEVILLE
une zone pénétrant le volume sur une épaisseur allant des premiers nanomètres
à, parfois, quelques centaines de micromètres et permettre ainsi à deux communautés scientifiques et technologiques de se rencontrer et de confronter leurs
concepts : celle des << métallurgistes B (au sens large) qui se préoccupent surtout
des matériaux de structure (tournés vers les propriétés mécaniques et la protection vis-à-vis des agressions chimiques) et celle des physiciens et physico-chimistes des surfaces qui étudient plutôt les matériaux de fonction (orientés vers
les propriétés électroniques, optiques ou magnétiques). Par convention, on parlera de surface pour la séparation entre une phase diluée (gaz) et une phase
condensée (liquide ou solide), d’interface pour une séparation entre deux
phases condensées (liquide/liquide, liquide/solide, solide /solide). Quoique
consacré pour l’essentiel aux surfaces, cet ouvrage traitera aussi d’interfaces,
sachant que la différence entre les deux concepts est souvent faible, notamment
en thermodynamique. Mais dans ce texte, hormis le mouillage, nous considérerons rarement les interfaces mettant en présence des liquides. Celles-ci sont très
bien décrites dans les ouvrages qui traitent de la corrosion ou de l’électrochimie.
La plupart des ouvrages traitent les surfaces comme des entités << en soi >> et
les envisagent essentiellement comme étant le siège de propriétés spécifiques
(adsorption physique ou chimique, corrosion, catalyse.. .). En revanche, peu
d’ouvrages sont consacrés à l’état mécanique des surfaces et à ce qu’on pourrait
appeler leur ingénierie. I1 s’agit ici d‘étudier la surface après son elaboration,
donc d’analyser sa morphologie, sa structure, sa composition après sa création
ou sa modification. En réalité, dans de nombreuses applications industrielles cet
<< état mécanique >>joue un rôle important sur les propriétés et il est nécessaire de
connaître les concepts physiques ou physico-chimiques qui permettent de le
décrire, le caractériser et le comprendre.
N o u s débutons cet ouvrage par la création de la surface (clivage, étirement,
dressage mécanique, dépôt de matière, modification physico-chimique.. .). Nous
montrons que la surface considérée comme séparation arbitraire d u n volume ou
d’un cristal en deux parties non affectées par la coupure n’est pas stable. À partir de notions simples de thermodynamique classique (quantités d’excès de
Gibbs notamment), nous établissons que la tension superficielle est reliée directement à un potentiel thermodynamique dont la minimisation permet de comprendre l’évolution tant de la surface propre sous vide (métaux, semi-conducteurs) que des surfaces créées à l’air libre ou en atmosphère contrôlée
(polymères, matériaux). C’est dans ce premier chapitre que nous abordons
relaxation, reconstruction, adsorption, mouillabilité.
Ensuite, dans un second chapitre, nous commençons la description de l’état
mécanique et géométrique des surfaces en nous intéressant notamment aux définitions de la rugosité. Nous voudrions montrer que les concepts de rugosité utilisés dans la technologie des traitements de surface sont universels et que seules
les échelles de résolution des instruments de mesure changent. Ce chapitre est
aussi le début d’une exploration vers la profondeur du matériau sous-jacent car,
outre la rugosité, nous prenons en compte contraintes et dureté superficielles.
L a question du comportement mécanique des surfaces et celle de leurs
propriétés fonctionnelles (frottement et usure) sont traitées dans le troisième