Étude expérimentale et théorique de la migration de joints de grains, couplée à un cisaillement

La deformation plastique des materiaux est generalement induite par le deplacement de dislocations. Cependant dans les materiaux nanocristallins, ces deplacements sont inhibes et les mouvements des joints de grains jouent alors un role important dans la plasticite. La migration des joints de grains couplee au cisaillement est un mecanisme efficace mis en evidence lors de sollicitations mecaniques dans differents materiaux: le joint de grains se deplace perpendiculairement a son plan en reponse a une contrainte de cisaillement. Malgre de nombreux efforts experimentaux et theoriques ces dernieres annees, les mecanismes elementaires de la migration des joints de grains couplee au cisaillement restent meconnus. Le present travail se propose d'etudier experimentalement par microsopie electronique en transmission (MET) et theoriquement par simulation atomistique ces mecanismes elementaires. Des experiences de traction in-situ en MET portant sur des bicristaux d'Aluminium chauffes a 400C montrent qu'un joint de grains S41 {540} se deplace par le mouvement collectif des macro-marches le long de l'interface. Ces macro-marches sont caracterisees par la mesure de leur deformation. Cette deformation peut comporter a la fois une composante parallele (couplee au cisaillement) et une composante perpendiculaire a l'interface (montee). Differentes macromarches caracterisees par differentes deformations ont ete observees sur un meme joint de grains: differents modes de couplage peuvent ainsi permettre a un joint de grains de migrer. Des marches elementaires, composant vraisemblablement les macro-marches ont ete egalement observees. L'observation par MET haute resolution de ces marches elementaires a permis de les identifier comme des disconnections. Elles sont caracterisees par leurs hauteurs et leurs vecteurs de Burgers. Des experiences de traction in-situ en MET montrent que des dislocations du reseau se decomposent dans le joint, suggerant un mecanisme possible de creation de ces disconnections. Les reactions de decomposition les plus probables ont ete analysees pour determiner la nature des disconnections produites. Les disconnections produites ayant des hauteurs de marches faibles et de faibles Vecteurs de Burgers, si elles sont supposees mobiles, sont caracterisees par des facteurs de couplage en bon accord avec les facteurs de couplage mesures experimentalement. La migration des joints de grain couplee au cisaillement est etudiee par simulation atomistique dans un bicristal de Cuivre contenant un joint de grains symetrique S13 {320}. Le chemin de moindre energie lors de la migration est determine en utilisant la methode Nudged Elastic Band. L'evolution du joint de grains lors de sa migration montre la nucleation et le deplacement des marches, identifiees comme des disconnections, en bon accord avec les resultats experimentaux. La barriere d'energie pour la nucleation des disconnections est environ 11 fois plus elevee que le barriere d'energie pour leur deplacement. Ainsi, en l'absence de disconnection pre-existante dans le joint, la nucleation des disconnections est l'etape limitante de la migration du joint de grains couplee au cisaillement.