Description du sujet de thèse

Étude quantitative de la dynamique des dislocations dans les solutions solides concentrées réfractaires par microscopie électronique à transmission in situ

Contexte de travail

Depuis l'aube de l'humanité, on sait que la combinaison de différents métaux les rend plus résistants. Ainsi, ajouter un peu d'étain au cuivre pur le rend plus dur. L'alliage formé, un bronze, est un mélange miscible des deux espèces chimiques, appelé solution solide, dans laquelle les atomes sont répartis de manière aléatoire sur un réseau cristallographique spécifique.

Dans les métaux et leurs alliages, les propriétés mécaniques sont largement déterminées par la multiplication et la propagation à l'échelle nanométrique de défauts linéaires, appelés dislocations, et par leur interaction avec la microstructure. Ainsi, le durcissement de la solution solide est attribué à l'interaction entre les atomes minoritaires, les solutés, et les dislocations. Théorisés dans les années 60 et 70, les modèles de durcissement n'ont cependant pas encore trouvé d'explication satisfaisante, en particulier dans les solutions solides concentrées, où la notion de soluté est plus vague et mal définie. De plus, la présence d'atomes d’impuretés comme l'oxygène, dans les sites interstitiels influence grandement les propriétés mécaniques à haute température où la diffusion est importante.
Cette question du durcissement a récemment connu un regain d'intérêt avec la découverte de solutions solides complexes multicomposantes, appelées alliages à haute entropie, aux propriétés mécaniques prometteuses, notamment à haute température.
Dans le cadre du projet ANR DisMecHTRA (2025-2028), nous visons à mieux comprendre les mécanismes fondamentaux qui contribuent au durcissement dans de tels alliages contenant des éléments réfractaires et qui forment des solutions solides concentrées cubique centrées. Des alliages modèles binaires et ternaires (Nb-Mo ou Nb-Mo-Ti), avec une pureté interstitielle contrôlée, seront considérés dans le projet.
Dans un premier temps, les alliages seront élaborés et optimisés à l'ICMPE à Thiais. Ensuite, au CEMES, nous utiliserons la haute résolution spatiale d'un microscope électronique à transmission (MET) pour observer directement le mouvement des dislocations pendant la déformation dans les parties ultra-minces d'un échantillon d'alliage. Cette technique, appelée déformation in situ en MET, est une spécificité du laboratoire. En raison de la grande variation du paysage chimique le long de la dislocation et sur sa trajectoire, un mouvement saccadé présentant des points d'ancrage est attendu. Enfin, nous utiliserons des méthodes combinant apprentissage profond et vision par ordinateur, afin d'extraire statistiquement les principales caractéristiques du mouvement des dislocations (distributions des points d'ancrage, vitesse et courbure locale des dislocations, etc.). Ces observations devraient nous permettre de confronter les prédictions des modèles atomistiques les plus récents ainsi que les mesures locales par tomographie à sonde atomique par exemple.


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