Le déplacement des dislocations¶
Le déplacement des dislocations est responsable de la plasticité comme nous l’avons vu. Il existe deux types distincts de mouvement, l’un étant plus facile que l’autre au moins à basse température.
Le glissement est le mouvement d’une dislocation dans le plan contenant la ligne et le vecteur de Burgers. C’est un mouvement conservatif, c'est-à-dire sans transport de matière. La montée, est le mouvement en dehors de ce plan. Par conséquent, seules les dislocations coins peuvent monter.
En glissement, les dislocations se déplacent dans un plan bien défini. Contrairement aux dislocations coins, les dislocations vis peuvent se déplacer en glissement dans une infinité de plans! Une dislocation vis aura donc plus de liberté. Dans les cristaux cubiques à faces centrées, les dislocations préfèrent se déplacer dans les plans compacts (111) car l’amplitude du vecteur dans ce plan est le plus faible (1/2 [110]), et donc la déformation élastique est minimum (nous en dirons plus bientôt). Toutefois, elles peuvent changer de plans ou passer d’un plan (111) à un autre. Ce processus est appelé glissement dévié.
Alors que toutes les dislocations vis sont mobiles (on dit aussi glissiles), les dislocations coins peuvent se retrouver dans des plans où elles ne peuvent pas se déplacer : on dit qu’elles sont sessiles.
La montée est un mouvement non conservatif impliquant la diffusion de matière. Pour se figurer un processus de montée, il est aisé de remarquer qu’il correspond à la dissolution du demi-plan supplémentaire d’une dislocation coin. Cette dissolution s’accompagne inévitablement par la diffusion de « lacunes » (c'est-à-dire des « trous » dans la structure). Pourquoi les lacunes sont elles attirées vers la dislocation ? Comme nous l’avons vu, la dislocation coin engendre une dilatation au dessus de la ligne. Cette zone est un site privilégié pour y insérer une lacune. Il se crée donc un mouvement de diffusion « naturel » vers le cœur de la dislocation.
Si l’on regarde la même dislocation le long de la ligne, on s’aperçoit que la montée ne s’effectue pas sur toute la ligne en un seul événement mais procède par la formation et le déplacement d’un cran.
La question que l’on peut légitimement se poser maintenant est : d’où viennent les lacunes ? En réalité l’existence de lacunes dans un cristal est une nécessité thermodynamique à température non nulle. A température nulle, la seule configuration stable d’un cristal est celle où les atomes occupent leurs sites atomiques. En revanche, lorsque la température augmente, un certain « désordre » est possible, qui consiste à placer des atomes sur les surfaces libres du solide créant ainsi des lacunes. Cependant cette opération coûte de l’énergie (en fait cela correspond à l’énergie élastique d’une lacune). Comme la nature préfère le désordre à l’ordre (c’est ce que l’on appelle l’entropie) et qu’elle est partisane du moindre effort, elle recherche la solution qui va lui coûter le moins d’énergie pour créer le désordre le plus grand (on minimise ainsi ce que l’on appelle l’énergie libre). Ceci nous conduit pour une température donnée à une concentration atomique d’équilibre des lacunes donnée par la relation :
avec E_f l’énergie de formation d’une lacune, et k la constante de Boltzmann (cette constante relie l’énergie et la température). A température ambiante, la concentration de lacunes est extrêmement faible de l’ordre de 10^{-17} ! La concentration d’équilibre ne devient plus négligeable à haute température où l’on atteint typiquement une concentration de l’ordre de 10^{-4}. La montée n’est donc réellement effective qu’à haute température. Nous reparlerons plus tard du rôle de la montée en plasticité.