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

Le but principal de ce chapitre est d’apporter de nouvelles preuves expérimentales
de la sensibilité des formes de solidification à l’anisotropie capillaire et cinétique. Il
existe peu, dans la littérature, d’études comparables (voir l’étude-précurseur de la
réf. [119] et l’étude plus récente de la réf. [136]). Les études des réfs. [22, 71, 120, 121,
122] ont permis d’explorer différentes branches de solutions stationnaires ou oscillantes,
principalement à anisotropie constante. En revanche, nos résultats bénéficient
du support du calcul numérique. La partie 3.2 concerne les structures observées pour
V >> V c . Nous expliquerons d’abord comment, dans les échantillons minces, on peut
faire varier l’anisotropie interfaciale 2D en changeant l’orientation du cristal. Les résultats
centraux sont la découverte expérimentale de la structure "en algue" et du
doublon à anisotropie faible, et de la structure "dégénérée". Nous amorçons une discussion
sur la mesure des coefficients d’anisotropie capillaire et cinétique, et de leur
influence relative –dans CBr 4 -C 2 Cl 6 , l’anisotropie cinétique semble être dominante.
Dans la partie 3.3, nous étudierons la dynamique des fronts cellulaires en SDEM
de l’alliage CBr 4 -C 2 Cl 6 en fonction de l’anisotropie interfaciale, à la lumière des
résultats précédents.
Nous proposons enfin (§3.4) une étude, indépendante de ce qui précède, d’un phénomène
de "polygonisation dynamique" de monocristaux en cours de solidification.
Ce phénomène, la création de joints et sous-joints de grains dans des monocristaux,
fait intervenir un couplage de la dynamique diffusive avec les défauts de réseau –
dislocations et sous-joints de grains. On donne ainsi à ce problème complexe, dont
la formulation initiale remonte aux travaux historiques de Chalmers [6], Franck [54]
et Jackson [123], une explication principalement fondée sur la dynamique diffusive
du front.
3.2 Fronts dendritiques, "structure en algue" et transitions
morphologiques
3.2.1 Monocristaux orientés
La Figure 3.3(haut) montre un front de solidification dans un échantillon mince
polycristallin. Aux différents grains correspondent différentes morphologies de croissance
: ceci montre la forte dépendance des structures de solidification 1D en l’orientation
du cristal –et les perturbations engendrées par les joints de grains. Pour
obtenir des monocristaux de grande taille (Fig. 3.3, bas), on utilise un sélecteur en
forme d’entonnoir (Fig. 3.4).
Pour spécifier l’orientation relative du cristal et du dispositif de croissance, nous
utilisons la notation suivante. Pour simplifier, nous nous limitons au cas où un plan
réticulaire (hkl) est parallèle au plan de l’échantillon (plan xz) et une direction
réticulaire [uvw] est parallèle à la direction de croissance z. Bien entendu, [uvw]
doit appartenir à (hkl). On a donc hu + kv + lw = 0. Nous notons alors (hkl)[uvw]
l’orientation du cristal. L’ensemble des orientations que l’on peut obtenir à partir de
celle-ci par les symétries du cristal est noté {hkl}〈uvw〉. Dans le plan de l’échantillon,
nous repérons les directions par l’angle θ qu’elles font avec l’axe z. Par exemple,
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