Au cœur des matériaux cristallins

Les matériaux sont omniprésents dans notre quotidien. Il n’est pas de structures, d’infrastructures sans matériaux. Il n’est pas de transport ni de production d’énergie sans matériaux. On les dit aujourd’hui nano-structurés, architecturés ou bien encore intelligents. Ils occupent une place fondamentale dans l’activité économique mondiale et sont également l’objet d’une attention particulière de la part des acteurs académiques qui n’ont de cesse de les améliorer, de les adapter et de les optimiser pour répondre aux exigences technologiques, environnementales et sociétales croissantes.

Le cours, destiné aux élèves-ingénieurs de L3, présente les fondements de la science des matériaux cristallins, en privilégiant un angle de vue résolument ancré à la croisée des trois disciplines scientifiques structurantes que sont la chimie, la physique et la mécanique. Conçu à l’École des Mines d’Albi-Carmaux, il a pour ambition d’introduire les principaux concepts de la science des matériaux utiles à l’ingénieur généraliste que nous formons. Il contribue par ailleurs au socle scientifique sur lequel seront construits de nombreux enseignements dédiés aux matériaux et proposés à nos élèves plus tard dans leur cursus, notamment au niveau de l’option de dernière année «Ingénierie des Matériaux Avancés et des Structures».

Découpé en six chapitres de longueur variable, le cours introduit les concepts d’architecture et de cohésion des solides au chapitre I, montre - à titre d’exemple de méthode de caractérisation cristallographique - comment la matière cristallisée peut être sondée grâce à la diffraction des rayons (chapitre II). Le chapitre III présente la différence entre cristal parfait et cristal réel en inventoriant les défauts présents - classifiés selon leur dimension - et leur influence sur les propriétés d’usage. La constitution et les propriétés des alliages métalliques ainsi que les diagrammes de phases qui régissent les équilibres thermodynamiques sont ensuite présentés (chapitre IV). Après avoir détaillé les bases des processus de diffusion à l’état solide, les transformations de phases, avec et sans diffusion, sont décrites au chapitre V. Enfin le chapitre VI, le plus long, propose une description détaillée du comportement des matériaux cristallins sous contrainte statique et dynamique et démontre comment, par traitement métallurgique, thermique ou mécanique on peut modifier leurs propriétés.

Une grande part des micrographies, illustrations et vidéo proposées dans le document proviennent des travaux de recherche et d’expertise de l’auteur.