Pfe Karim Has

UNIVERSITE HASSAN 1 FACULTE POLYDISCIPLINAIRE DE KHOURIBGA

Licence fondamentale : Science de la Matire Physique Anne universitaire: 2011/2012

Projet de fin dEudes La modelisation du defusion atomique dans un cube simple par methode de monte Carlo

Prsent en vue dobtenirLa licence en: filiere :Science de la Matiere Physique

Ralis par: mouhsine KARIM

Encadr par: A. HASNAOUI (FPK)

soutenu le 25 juin 2012

Devant le jury

Mr . A .HASNAOUI Mr.ELHAMI kalil Mme. S.CHIKHI

Enseignant Chercheur Professeur de lenseignement suprieur Enseignant Chercheur

Examinateur Prsident Examinateur

Facult polydisciplinaire -Khouribga 2011-2012

science de la matire physique

REMERCIEMENTS

Nous tenons remercier tout d abord Dieu qui nous a donne la sante, le courage et la patience pour mener a bien ce modeste travail.

Nous tenons galement remercier trs sincrement, notre encadrant Pr. A. HASNAOUI a plus dun titre. Nous le remercier pour son aide, son soutien, ses remarques et ses prcieux conseils qui ont permis damliorer la qualit de ce mmoire.

Nous remerciements vont galement aux professeurs ELHAMI Khalil et CHIKHI Sanaa de la Facult poly disciplinaire Khouribga pour lhonneur quils nous ont fait en participant au jury de ce mmoire.

Ces remerciements n auraient pas de sens, si nous oublions toutes les personnes avec qui nous avons pu collaborer durant ces trois dernires annes et surtout les tudiant de la filire Sciences de la Matire Physique.

Nos remerciements sadressent galement tous nos amis qui nous ont soutenus durant ces dernires annes. Quils sachent que leur prsence est toujours un rel plaisir.

**Last but not last**, nous voudrions exprimer toute notre gratitude a nos familles pour leur patience et leurs encouragements et pour les sacrifices auxquels elles ont consenti pendant ces annes d tudes, surtout nos mres.

2



Table des matires

3



INTRODUTION GENERALE :

4



2 LES STRICRURES CRISTALLINES ET CES DEFAUTS : Les structures cristallines sont en ralit trs rarement parfaites. On y trouve une grande varit de dfauts qui jouent un rle fondamental envers les proprits des matriaux. Ils sont dcrits ici sans prjuger, pour le moment, des avantages et inconvnients lis leur existence. Les dfauts sont gnralement classs selon le nombre de dimensions de lespace qui sont concernes. Tous possdent une nergie propre qui gouverne leur apparition et leur agencement dans le cristal . 2.1 DEFAUTS PONCTUELS (DIMENSION 0) Ce sont des perturbations du rseau lchelle atomique. Parmi les dfauts atomiques (Figure 6) on trouve les lacunes (sites vacants sur le rseau), les interstitiels (atomes situs entre les atomes du cristal), les atomes dune espce chimique diffrente en solution de substitution (dans le rseau) ou dinsertion (interstitiels). Parmi les dfauts lectroniques on trouve les paires lectron/trou. Dans les solides ioniques ou iono-covalents, les dfauts (y compris les lacunes) peuvent tre chargs et on trouve frquemment des associations de dfauts qui prservent la neutralit lectrique : dfauts de Schottky (lacune de cation + lacune danion), dfauts de Frenkel (lacune et interstitiel de charges opposes). Parmi les proprits influences par les dfauts ponctuels on trouve le comportement mcanique chaud, les proprits de percolation et de transport (diffusion de matire, de chaleur), ainsi que la conductivit lectrique.

5



Figure 6 : Dfauts ponctuels (lacunes, soluts en insertion et en substitution) et dplacements atomiques associs. 2.2 DEFAUTS LINEAIRES (DIMENSION 1)

Ce sont les dislocations, qui reprsentent des distorsions locales du rseau. On distingue les dislocations coin (frontire dun demi-plan supplmentaire de lespace), les dislocations vis et les dislocations mixtes (caractre la fois coin et vis) (Figure 7a). Les dislocations sont caractrises localement par deux vecteurs : le vecteur ligne, qui suit localement la ligne de la dislocation et le vecteur de Brgers, qui caractrise le dfaut. Pour dterminer le vecteur de Brgers, on trace un circuit ferm dans le cristal contenant la dislocation, et faisant le tour de celle-ci, puis on trace un circuit quivalent (mmes dplacements unitaires, mais cette foisci dans le cristal parfait). Ce nouveau circuit nest plus ferm et le dfaut de fermeture est appel le vecteur de Brgers (Figure 7b). Cest un vecteur du cristal parfait, qui sexprime par ses indices de Miller. Il est indpendant du circuit choisi et constant le long de la dislocation. Les dislocations assurent en particulier la dformation plastique des matriaux, ce qui explique la grande dformabilit de nombreux mtaux, dans lesquelles les dislocations se multiplient et se dplacent beaucoup plus facilement que dans les solides covalents, ioniques ou iono-covalents (liaisons fortes), ainsi que dans les polymres (trs faible libre parcours moyen). 2.3 DEFAUTS SURFACIQUES (DIMENSION 2) Ce sont par exemple les surfaces libres (perturbation du voisinage des atomes de surface qui ont perdu certains de leurs voisins) et les interfaces entre grains ou entre phases diffrentes. Elles peuvent tre cohrentes, semicohrentes (cest--dire cohrentes presque partout moyennant un rseau de dfauts) ou incohrentes (Figure 8). Lnergie dinterface est faible pour les interfaces cohrentes (distorsion lastique) et trs leve pour les interfaces incohrentes et les surfaces libres (forte perturbation du voisinage des atomes). Cette nergie dinterface joue un rle considrable dans la formation et lvolution de la structure des matriaux. On trouve aussi les fautes dempilement, qui sont des perturbations de lempilement des plans atomiques, et les joints de macle, qui sont des plans de symtrie (gnralement denses) entre deux grains possdant une dsorientation particulire. Quelques valeurs typiques dnergies dinterface sont donnes dans le Tableau 2. Lpaisseur de la zone perturbe tant faible (de lordre de quelques distances interatomiques), les interfaces occupent gnralement un volume trs faible de la matire ; ceci nest cependant plus le cas dans un matriau6



possdant une trs forte densit dinterfaces, comme les matriaux nanocristallins qui peuvent contenir jusqu 10 ou 15% en volume de zones interfaciales , ce qui entrane une modification importante de leurs proprits.

(a)

(b)

(C)Figure 8 : Interfaces (a) cohrente (remarquer les distorsions lastiques pour accommoder lcart de paramtre de maille entre les phases (atomes blancs) et (atomes noirs)), (b) semi-cohrente (remarquer les dislocations daccommodation gomtrique), (c) incohrente (remarquer la structure trs perturbe linterface). 2.4 DEFAUTS VOLUMIQUES (DIMENSION 3)

7



Les dfauts dits volumiques sont essentiellement des cavits, des phases non dsires, des inclusions (morceaux de matire trangre, provenant de llaboration, par exemple particules venant dun creuset). Ils proviennent notamment de llaboration du matriau (frittage des cramiques, mtallurgie des poudres ou capillaires de fluide pour les cavits) ou de lendommagement de celui-ci lors de son utilisation. On trouve aussi des dfauts gomtriques tels que les cordes dans les verres ou lhtrognit de taille des bulles dans les matriaux mousseux. Chacun de ces dfauts a une probabilit dapparition qui est gouverne par des considrations thermodynamiques (nergie de formation) et cintiques ; titre dexemple, la fraction volumique de lacunes, qui augmente fortement avec la temprature cause du terme dentropie dans lenthalpie libre de Gibbs, ne dpasse cependant pas 0.1% mme lorsque lon sapproche de la temprature de fusion. Les interactions entre dfauts sont frquentes, souvent connues, parfois utilises. Citons par exemple le drainage datomes de solut par les dislocations, lpinglage des joints de grains (au cours de leur migration haute temprature) par les prcipits, la prsence dun gradient de potentiel lectrique prs de joints de grains des solides iono-covalents, etc... Un exemple : les rgulateurs dinjection lectronique base de TiO2 non stchiomtrique, appels sondes lambda. La conductivit lectrique (par lectrons) de ce matriau dpend de la pression doxygne, ce qui permet de rgler la stchiomtrie du mlange air-carburant et de dcomposer la fois CO et les oxydes dazote, limitant ainsi la pollution.

8



9



10



11



12



13



14



15



16



17



18



19



20



21



22



23



24



25



26

Pfe Karim Has

Documents

Transcript of Pfe Karim Has