Thèse d'Habilitation à Diriger les Recherches Université Pierre et ...

est le suivant. A l’équilibre, un solide et un liquide en coexistence n’ont pas la
même concentration. En cours de solidification, la chaleur latente et les espèces
chimiques rejetées par le solide sont évacuées par diffusion dans le liquide (et dans
les parois, en ce qui concerne la chaleur). Les gradients de soluté permanents qui
se construisent près de l’interface dominent la dynamique. Leur valeur augmente
(en valeur absolue) quand la vitesse de propagation V de l’interface augmente (loi
de conservation). Au-delà d’une vitesse-seuil V sc , dite de surfusion constitutionnelle,
ces gradients sont suffisamment forts pour qu’une partie du liquide, très enrichi en
soluté, soit métastable (en surfusion) par rapport au solide. C’est une condition
nécessaire (mais non suffisante) pour que l’interface se déstabilise par un "effet de
pointe" dynamique (voir §2.1.4).
La croissance gouvernée par la diffusion est celle que l’on observe dans les alliages
métalliques (Fig. 2.1) [6]. Beaucoup d’entre eux ont une grande importance
industrielle. Certains alliages binaires (Sn-Pb ; In-Bi) ou multicomposants servent
aussi de systèmes modèles en SDEM [59, 60, 61] (voir aussi §6) ou en solidification
en échantillons massifs [58]. Les méthodes récentes, utilisant le rayonnement X
synchrotron, qui permettent maintenant de visualiser in situ la croissance d’alliages
métalliques [62, 63, 64] restent, bien sûr, assez lourdes à mettre en oeuvre. En dehors
des métaux, on peut citer les études (géométrie 3D) de la solidification de gaz rares
[65, 66]. Enfin, les observations de Van Suchteleen de SDEM d’alliages eutectiques
de sels en échantillons minces (non publiées), ont servi de précurseur aux études
poursuivies dans notre laboratoire [67].
Fig.2.1 – Microstructures de solidification d’alliages métalliques. De gauche à droite : structures
cellulaire (alliage à base Al), dendritique (alliage à base Co), et eutectique lamellaire (Sn-Pb).
Nous avons utilisé principalement l’alliage binaire CBr 4 -C 2 Cl 6 [13, 14, 16, 68, 69],
un des alliages organiques transparents non-facettés à bas point de fusion (metallic
analogs) les plus utilisés en recherche fondamentale –parmi lesquels les alliages à base
de succinonitrile tiennent une place importante (voir, par exemple, les Réfs [15, 17,
22, 48, 70, 71, 72]). Ils forment des cristaux moléculaires (phases dites "plastiques")
de haute symétrie (cubique le plus souvent) [73]. Beaucoup d’entre eux ont été
découverts par Jackson [13], mais une récente étude a permis d’en caractériser de
nouveaux [74]. Ils permettent d’observer en temps réel (et non pas post mortem ; Fig.
2.1) une dynamique de solidification représentative, à des rapports d’échelle près, de
la croissance non-facettée.
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