Au cœur des matériaux cristallins

Géométriquement, une dislocation coin peut être comprise comme résultant de l’introduction d’un demi plan atomique à l’intérieur d’un cristal parfait. L’emplacement de la dislocation est défini comme la limite de ce demi plan supplémentaire dans le cristal par ailleurs parfait (voir Fig.).

La déformation est identique à celle créée en introduisant un plan supplémentaire d’atomes à la partie supérieure du cristal. Les atomes du demi-cristal supérieur sont comprimés, les autres sont dilatés.

On peut se représenter une dislocation vis en imaginant que l’on fait une entaille dans le cristal et que l’on fait glisser l’un des bords de cette entaille par rapport à l’autre d’une distance interatomique.

Une dislocation vis transforme les plans atomiques successifs en une surface hélicoïdale d’où son nom (voir Fig.).

Une dislocation est entièrement définie par sa position dans le cristal et par un vecteur appelé vecteur de Burgers et noté \(b\). Le vecteur de Burgers est défini comme le défaut de fermeture d’un circuit (circuit de Burgers) reliant les atomes voisins et encerclant la ligne de dislocation. Par convention, on choisit généralement comme sens de construction du circuit de Burgers le sens des aiguilles d’une montre. Dans le cas d’une dislocation coin, on constate, grâce à cette construction, que le vecteur de Burgers est perpendiculaire à la ligne de dislocation (voir Fig. ci-après). Dans le cas d’une dislocation vis, ce vecteur est parallèle à la ligne de dislocation (voir Fig.). Dans le cas le plus général d’une dislocation mixte, le vecteur de Burgers fait un angle quelconque avec la ligne de dislocation.

Quand le vecteur de Burgers correspond à une translation du réseau, alors la dislocation est une dislocation parfaite. Si ce n’est pas le cas, la dislocation est une dislocation partielle.

Si la ligne de dislocation n’émerge pas à la surface du cristal mais reste confinée dans le volume du matériau, on parle de boucle fermée de dislocation. Ce type de dislocation présente successivement le caractère coin, vis et mixte, comme l’indique le schéma suivant.

Les boucles fermées de dislocation peuvent s’étaler dans leur plan sous l’effet de la contrainte appliquée selon le schéma :

Pour des raisons purement géométriques, une boucle de dislocation ne peut être de caractère vis uniquement. Par contre, elle peut être purement coin si le vecteur de Burgers est perpendiculaire au plan de la boucle (voir Fig.). On parle dans ce cas de boucle prismatique car la marche laissée à la surface quand la boucle émerge du cristal a la forme d’un prisme circulaire (voir Fig.).