Influence d'un gradient d'épaisseur sur l'endommagement par cloquage des revêtements et films minces : étude duale expérimentale et numérique

• Auteur / Autrice : Mohamed Chargaoui
• Direction : Christophe Coupeau, Guillaume Parry
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Milieux denses et matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 06/10/2022; Soutenance le 26/01/2026
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique, matériaux, mécanique, énergétique (Poitiers ; 2022-....)

Résumé

Les films minces et les revêtements sont largement utilisés dans l'industrie et les universités pour diverses applications, telles que les barrières thermiques, la microélectronique et les micro fluides. Ces films, généralement produits par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et par dépôt physique en phase vapeur (PVD), présentent souvent d'importantes contraintes intrinsèques de compression ou de traction, de l'ordre du gigapascal (GPa). Ces contraintes peuvent entraîner le flambage, la délamination ou la fissuration, ce qui réduit considérablement la fonctionnalité des films. Malgré la nature indésirable du flambage, il fournit des informations précieuses sur les propriétés mécaniques telles que la ténacité, le module d'Young du film/substrat et les contraintes internes. Le flambage dans les films et les revêtements est multi-échelle, allant du macro au micro, et a été largement observé à l'aide de la microscopie optique et de la microscopie à force atomique (AFM). Paumier et al (2003) présentant des films avec gradients d'épaisseur induits par l'effet d'ombrage pendant les processus de dépôt. Ils ont montré que les régions plus épaisses présentent souvent des flambages plus prononcé, tandis que les régions plus minces présentent des amplitudes de flambage réduites, et qu'à une épaisseur critique, le flambage est complètement arrêté. Une étude récente de Yang et al. (2024) a montré que les gradients d'épaisseur affectent la symétrie et l'instabilité des flambages TC. Par exemple, ils ont montré que le degré de symétrie augmente avec l'augmentation des gradients d'épaisseur. Cependant, il existe une lacune importante dans l'étude de l'effet des gradients d'épaisseur sur les structures de flambage. La thèse vise à combler cette lacune en présentant des résultats expérimentaux sur le flambage des films de nickel avec des gradients d'épaisseur contrôlés et en étayant les résultats expérimentaux par une analyse par éléments finis pour une compréhension globale. Cette thèse explorera de nouvelles approches pour contrôler le flambage dans les films à gradient d'épaisseur et améliorer la qualité des films et des revêtements. La thèse se compose de quatre chapitres. Dans le premier chapitre, nous présenterons le contexte théorique des structures de flambage dans les films et les modèles analytiques pour les flambages droits et circulaires qui seront utilisés pour comprendre les résultats. Dans le chapitre suivant, nous décrirons les méthodologies expérimentales et numériques pour élaborer et modéliser des films avec des gradients d'épaisseur, puis nous présenterons les techniques de caractérisation et une description mécanique du modèle utilisé pour la FEM. Le troisième chapitre se concentre sur la présentation des résultats expérimentaux, étayés par l'analyse par éléments finis, afin de tirer des conclusions solides sur l'effet du gradient d'épaisseur sur les structures de flambage des ride droites et cordon téléphoniques. Compte tenu de l'importance de l'effet du gradient d'épaisseur sur les structures de flambage sur la délamination des films sur le substrat, les questions suivantes seront abordées dans le chapitre quatre : Est-il possible d'évaluer l'interface de ténacité dans les films/substrats avec des gradients d'épaisseur ? En outre, nous étudierons les paramètres liés à la ténacité de l'interface. Vu l'importance de l'effet du gradient d'épaisseur sur les structures de flambage et sur la délamination des films sur le substrat, les questions suivantes seront abordées dans le chapitre quatre : Est-il possible d'évaluer la ténacité de l'interface dans les films/substrats avec des gradients d'épaisseur ? De plus, nous étudierons les paramètres liés à la ténacité de l'interface. La thèse se terminera par des remarques résumant les résultats.