Au cœur des matériaux cristallins

Les matériaux cristallins utilisés couramment, à quelques exceptions près tels que les semiconducteurs ou les superalliages pour aubes de turbines en aéronautique, sont généralement polycristallins. Ils ne sont pas formés d’un seul grain (monocristal) mais d’un ensemble de grains de taille plus ou moins grande (de \({1}{\rm \, \mu m}\) à plusieurs centimètres selon le mode d’élaboration et les traitements thermomécaniques subis par le matériau). Ces grains sont juxtaposés et les régions où les différents grains sont en contact sont appelées les joints de grains. Ces régions sont des zones de transition caractérisées par des structures plus ou moins perturbées qui permettent l’accommodation géométrique et cristallographique des grains constitutifs du polycristal (voir Fig. ci-après).

Les polycristaux sont en général isotropes quand ils sont constitués de grains ayant des orientations cristallographiques aléatoires. Ils sont dits grains équiaxes. Au contraire, les monocristaux sont fortement anisotropes. Les propriétés mesurées sur un polycristal résultent généralement d’une moyenne sur l’ensemble des grains. Par exemple, le module d’Young du cuivre polycristallin vaut environ \({110}{\rm \, GPa}\) alors qu’il varie de \({67}{\rm \, GPa}\) selon les directions \(<100>\) à \({192}{\rm \, GPa}\) selon les direction \(<111>\) dans les monocristaux.

De manière générale, les joints de grains sont à la fois des sources et des pièges pour les défauts ponctuels et les dislocations. Au cours d’une trempe, les lacunes excédentaires s’éliminent plus rapidement aux joints de grains. Ils jouent également un rôle important dans la déformation plastique puisqu’ils peuvent induire des dislocations sous l’effet d’une contrainte et constituer des obstacles au mouvement des dislocations.