LE PROJET MESO3D

A. Contexte

Ce projet d’achat est porté par le laboratoire PIMM, qui est actif dans le domaine de la mécanique des matériaux, des structures et des procédés et membre de la Fédération Francilienne de Mécanique, Matériaux, Structures et Procédés du CNRS ainsi que de la fédération de métallurgie francilienne FERMI.
Les enjeux de ces domaines, en lien avec des problématiques industrielles bien identifiées, demandent une caractérisation avancée de la microstructure des matériaux, tant du point de vue des hétérogénéités chimiques ou cristallographiques que du point de vue de la distribution des défauts de la matière cristalline (joints de grains et dislocations). Les domaines d’application couverts par ce projet sont très variés allant de l’énergie aux transports, en passant par les nanotechnologies et les nouveaux matériaux.
L’objectif premier est d’acquérir un instrument pour la caractérisation à trois dimensions (3D) de tous types de matériaux permettant la réalisation de reconstructions multi-échelles suffisamment résolues pour capturer les détails de taille sub-micrométrique, et dans un volume suffisant pour être statistiquement représentatif (taille caractéristique allant éventuellement jusqu’à plusieurs centaines de μm). La capacité à pouvoir réaliser des essais in-situ ou des prélèvements et observations de lames minces pour la microscopie électronique en transmission (MET) rentre également dans les objectifs de ce projet.

B. Equipement

Pour répondre aux enjeux scientifiques précédemment évoqués, le laboratoire est en cours d'achat d'un microscope électronique de dernière génération (source d’électrons par pointe FEG Schottky) couplé à un dispositif de découpe en couches sériées de grande taille par un faisceau d’ions focalisés (FIB) issu d’une source plasma. Ces couches successives usinées par FIB devront pouvoir être caractérisées par diverses techniques d’imagerie électronique multi-signaux (électrons secondaires SE, électrons rétrodiffusés BSE en contraste chimique et imagerie par contraste
d’orientation ECCI). La juxtaposition de ces couches caractérisées par les techniques précitées en post-traitement permettra alors de reconstruire la structure tridimensionnelle du matériau. 

Le microscope sera muni, dans une phase ultérieure, d'un équipement de caractérisation des orientations cristallographiques par indexation des clichés dits de Kikuchi (EBSD) couplé à un équipement de détection des éléments chimiques par spectroscopie d’énergie des rayons X (EDS). Ces deux types d’équipement permettront la réalisation de cartographies automatisées par découpes sériées (i.e. reconstruction volumique 3D à partir d’une cartographie de surface sur une tranche).
 

Ce microscope intégrant les deux types de colonnes (Plasma-FIB / MEB) sera dédié à la caractérisation 3D avancée des matériaux métalliques, céramiques et composites (y compris pour les matériaux polymères). Il sera réservé à des activités de recherche et, en cela, il ne sera en aucun cas restreint au projet initial et devra être évolutif de manière à s’adapter à, par exemple :

• Une évolution vers d’autres types de signaux qu’un microscope électronique peut générer 
• Une évolution de l’utilisation de la chambre du microscope pour des essais in-situ notamment ou pour des transferts protégés d’échantillon via les ports disponibles.
   

C. Environnement (localisation)

L’équipement sera accessible à l’ensemble des laboratoires de la région Ile de France et au-delà, ainsi qu’à des partenaires industriels.
Il sera localisé sur le site du CNAM, au 2 rue Conté, Paris 3ème. La pièce d’accueil sera équipée d’une compensation magnétique active et d’un contrôle actif de la température. Le microscope double colonnes sera installé dans cette pièce avec un poste de contrôle qui sera déporté dans une salle adjacente séparée de l’équipement. Certains équipements périphériques comme les refroidisseurs, pompes à vides et onduleurs seront situés dans un local au sous-sol situé sous la salle du microscope.

Responsable technique et opérationnel : E. Héripré

Responsable scientifique : T. Auger