Modélisation et caractérisation multiéchelle du comportement élastique des couches minces anisotropes

L’objectif de ce travail est de développer une méthodologie qui permet de déterminer les constantes d’élasticité d’un dépôt à une échelle macroscopique. Différents modèles analytiques ont été développés pour déterminer les constantes d’élasticité d’un revêtement multicouches à l’aide de la Technique d’Excitation Impulsionnelle (TEI). La méthodologie que nous avions développée a permis de déterminer les constantes d’élasticité macroscopiques d’un revêtement multicouches de titane et niobium et des couches minces de titane déposées à incidence oblique par pulvérisation cathodique magnétron. Une formulation améliorée pour déterminer les constantes d'élasticité d’un revêtement anisotrope a été développée. Le comportement élastique des couches anisotropes a été étudié théoriquement par différents modèles analytiques et expérimentalement à l’aide de la diffraction des rayons X, la nanoindentation et la TEI. Le comportement élastique des couches anisotropes déposées à incidence oblique s’agit d’un aspect qui n’est pas bien connu dans la littérature. L'anisotropie peut être attribuée à la texture cristalline et la morphologie des grains. Les constantes d'élasticité macroscopiques des couches anisotropes de titane ont également été déterminées à l'aide du modèle micromécanique de Kröner-Eshelby. La porosité au sein de la couche, et les textures morphologiques et cristallographiques de la phase Tiα ont été prises en compte dans la modélisation pour une analyse exacte du comportement élastique de la couche.In this work, a methodology to determine the macroscopic elasticity constants of thin films was proposed. Different analytical models were developed to determine the macroscopic elasticity constants of multilayer coatings using the Impulse Excitation Technique (IET). The proposed methodology was used to determine the macroscopic elasticity constants of titanium and niobium multilayer coatings and titanium anisotropic thin films sputter-deposited at oblique incidence. An enhanced formulation to determine the elasticity constants of anisotropic thin film was developed. The elastic behavior of anisotropic thin films was investigated theoretically by different analytical models, and experimentally by several complementary techniques, namely X-ray diffraction, nanoindentation and IET. The elastic behavior of anisotropic films deposited at oblique incidence represents an aspect that is not well known in the literature. The anisotropy can be attributed to the crystallographic and morphological textures of the grains. The macroscopic elasticity constants of titanium anisotropic films were also determined using the Kröner-Eshelby micromechanical model. The porosity within the film, and the morphological and crystallographic textures of the Tiα phase were taken into account in the modeling for a proper analysis of the elastic behavior of the film