Caractérisation d'un matériau
La caractérisation d'un matériau consiste à en analyser les propriétés. De nombreuses techniques de caractérisation le permettent, qui reposent sur divers principes physiques de base : les interactions rayonnement-matière, la thermodynamique et la mécanique.
Essais mécaniques
Les essais mécaniques sont les plus couramment utilisés en production car ils permettent d’avoir des données sur les propriétés mécaniques, rapidement avec des appareils de mesure relativement simples. Les principaux essais mécaniques sont :
- traction : on sollicite une éprouvette en traction uniaxiale jusqu'à la rupture pour en déterminer des caractéristiques mécaniques telles que le module de Young E, l'allongement à la rupture A%, la limite d'élasticité Re ou σy et la résistance à la traction Rm. Voir aussi Dynamomètre ;
- dureté : on applique sur une éprouvette un pénétrateur sous une certaine charge F. Il existe plusieurs essais selon le type de dureté désirée (Meyer, Brinell, Rockwell, Vickers et Shore). Voir aussi Échelle de Mohs ;
- résilience : on rompt une éprouvette entaillée en U ou en V en son milieu à l'aide d'un mouton-pendule Charpy ;
- fatigue : on fait subir un nombre important de cycles sur des éprouvettes normalisées, ce qui permet de déterminer une limite d'endurance, des durées de vie ou des vitesses de propagation de fissure ;
- analyse mécanique dynamique (DMA) : on sollicite par exemple la matière en traction-compression à une fréquence donnée. Grâce à une modélisation du diagramme contrainte-déformation, on obtient le module de Young complexe, le facteur d'amortissement et dans certains cas le coefficient de Poisson ν. Cela est particulièrement nécessaire pour l'étude des polymères (soumis au vieillissement) et suivant leur état d'utilisation (vitreux, caoutchouteux ou amorphe).
Dans le cas de matières très malléables, on peut utiliser des systèmes rotatifs (bi-disques) et non plus linéaires. Voir aussi Rhéomètre.
Analyses physico-chimiques
Interaction rayonnement-matière
Les principales techniques utilisant l'interaction rayonnement-matière sont :
- microscopie :
- microscopie électronique à balayage (MEB) : elle est une technique de microscopie électronique basée sur le principe des interactions électrons-matière,
- microscopie électronique en transmission (MET) : on bombarde d'un faisceau d'électrons un échantillon mince principalement pour en obtenir la figure de diffraction,
- microscope optique : la simple et traditionnelle observation à l'échelle microscopique,
- microscope ionique à effet de champ,
- microscope à effet tunnel,
- microscope à sonde locale,
- microscope à force atomique (AFM) ;
- rayons X :
- diffraction des rayons X,
- analyse dispersive en énergie (EDS ou EDX),
- analyse dispersive en longueur d'onde (WDS ou WDX),
- fluorescence X,
- diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS),
- spectroscopie des pertes d'énergie (EELS),
- spectrométrie photoélectronique X (XPS),
- spectroscopie des éléctrons Auger (AES),
- radiographie ;
- rayonnement optique :
- spectroscopie ultraviolet-visible (UV-vis),
- spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF ou FTIR en anglais),
- thermoluminescence,
- photoluminescence ;
- rayon de neutrons :
- diffraction de neutrons,
- diffraction de neutrons aux petits angles (SANS),
- neutronographie,
- activation neutronique ;
- spectroscopie de masse :
- spectroscopie RMN.
Analyse thermique
Les techniques d'analyse thermique font appel à la thermodynamique ; elles comprennent la calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et l'analyse thermogravimétrique (ATG).
Essais non destructifs
La plupart des techniques de caractérisation sont dites destructives car le matériau est endommagé à l'issue du test. Les techniques de contrôle dites non destructives, au contraire, ne dégradent pas le matériau.
Grâce à ces méthodes, on peut, par exemple, tester la qualité mécanique (absence de fissuration et corrosion) de chaque pièce à l'issue de la production de pièces aéronautiques ou lors de leur vérification en maintenance.
