• Pré-requis et Objectifs
• Cours
  • Contenu
    • 1 - Introduction
    • 2 - Les liaisons atomiques
      • 2.1 - La molécule
      • 2.2 - Origine des liaisons interatomiques
      • 2.3 - Type de liaisons
      • 2.4 - Les liaisons chimiques
      • 2.5 - Les liaisons physiques
    • 3 - Arrangement structural des solides cristallins
      • 3.1 - Le cristal parfait
        • 3 . 1 . 1 - Le réseau cristallin
        • 3 . 1 . 2 - Structure cristalline
      • 3.2 - Formation des solides
      • 3.3 - Le cristal réel
    • 4 - Structure des métaux
      • 4.1 - Généralités
      • 4.2 - Solidification des métaux
    • 5 - Structure des alliages
      • 5.1 - Généralités
      • 5.2 - Solutions solides d’insertion
      • 5.3 - Solutions solides de substitution
    • 6 - Structure des céramiques
      • 6.1 - Introduction
      • 6.2 - Céramique – le matériau
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3 . 3  -  Le cristal réel

Un cristal comporte des défauts (défauts de réseau) même s’ils sont peu nombreux. Ces défauts ont une importance considérable puisqu’ils déterminent un grand nombre de propriétés importantes des solides cristallins, telles que les propriétés plastiques.

Il existe quatre sortes de défauts cristallins : défauts ponctuels, défauts linéaires, défauts plans et défauts à trois dimensions.

1- Défauts ponctuels

Figure 23 : Exemples de défauts ponctuels dans les solides cristallins

(a) lacune, (b) autointersticiel, (c) hétérointersticiel, (d) atome de remplacement (solution solide de substitution).

2- Défauts linéaires

Les défauts linéaires concernés ici sont appelés DISLOCATIONS. Il en existe de deux types : la dislocation coin et la dislocation vis.

1. Dislocation coin (« coin de bucheron »)

Une dislocation coin correspond à la présence d’un demi-plan atomique inséré dans le réseau cristallin qui se termine par une ligne de dislocation (ligne de dislocation perpendiculaire à la feuille, signalée par un T) (Figures 24, 25 a).

Tout se passe comme si la rangée était une rangée supplémentaire qui s’enfonce dans le cristal, d’où l’origine du nom « coin ».

Figure 24 : Représentation schématique d’une dislocation coin

2. Dislocation vis

Une dislocation vis transforme l’ensemble des plans atomiques qui lui sont perpendiculaires en une rampe hélicoïdale (lorsqu’on parcourt le circuit autour d’une dislocation, on se retrouve une marche « plus haut » ou « plus bas »). C’est le résultat d’un mouvement de cisaillement (Figure 25b).

Figure 25 : Représentation schématique d’une dislocation coin (a) et d’une dislocation vis (b)

Les phénomènes de dislocations sont très généraux. Ex : il existe des dislocations dans des bulles de savon emprisonnées entre 2 lames de verre.

3. Mouvement des dislocations

Sous l’effet des contraintes, les dislocations se déplacent. Cette déformation est définitive (déformation plastique). C’est grâce à ces mouvements que la déformation plastique des matériaux peut se produire. Les dislocations jouent donc un rôle primordial dans les propriétés mécaniques des matériaux.

Le déplacement s’arrête lorsqu’il arrive au « bord » du cristal = joint de grains. Le joint de grains est donc un piège à dislocation.

3- Défauts plans

Les défauts à deux dimensions comprennent les joints de grains, (les joints de) macles, les sous-joints et les parois d’antiphase. Nous ne verrons que les joints de grains et les macles.

1. Les joints de grains

Un joint de grains est, par définition, la surface qui sépare deux cristaux d’orientations différentes dans un agrégat polycristallin (Figure 8).

En réalité, c’est plutôt une région assez désorganisée, de largeur non négligeable (de l’ordre de 2 à 3 distances interatomiques). Elle joue le rôle de barrière au mouvement des dislocations et peut en émettre dans certaines conditions. 

Les joints de grains sont des pièges à dislocation mais ce sont aussi des sources de dislocations.

Par conséquent, les joints de grains interviennent dans les problèmes de déformation plastique et dans les mécanismes de durcissement.

2. Les macles

Les macles sont des défauts dans l’ordre d’empilement des couches denses d’atomes. 

Une macle est une partie d’un grain symétrique du reste du grain (ou cristal mère) par rapport à un plan cristallographique. Le joint de macle sépare deux parties du grain d’orientation symétriques (Figure 26).

Au cours de la solidification d’un métal liquide ou de la recristallisation d’un solide, l’ordre des plans peut s’inverser : par-dessus une couche A, par exemple, il y aura une couche C au lieu d’une couche B, ce qui produit une faute d’empilement. L’empilement global des couches devient alors CABCACBAC …Le plan A est le plan de maclage, et la partie maclée du cristal (CBAC …) est l’image miroir de la partie non maclée, le plan de maclage faisant office de plan miroir.

Les défauts d’empilement ont des incidences sur les propriétés mécaniques.

Figure 26 : Représentation schématique de macles (partie symétrique du grain) de recuit et de joints de macles

4- Défauts à trois dimensions

On a un défaut à trois dimensions quand une partie du cristal est remplacée par un volume d’un composé différent ; la différence est de nature chimique et peut ou non être accompagnée de différences cristallographiques. La partie étrangère du cristal est soit un précipité, soit une inclusion.

Les précipités sont de petites particules de seconde phase qui se sont formées entre le métal de base et un élément d’alliage.
Les inclusions sont des «impuretés » dans le métal, qui proviennent de son élaboration à l’état liquide ; ce sont le plus souvent des oxydes, des sulfures ou des silicates.

La taille des précipités et la distance entre eux ont une très grande influence sur les propriétés mécaniques.