Dans le cadre du développement de l'instrumentation scientifique, des détecteurs bidimensionnels sont de plus en plus présents dans les laboratoires afin de déterminer les contraintes résiduelles. Cependant si ces détecteurs permettent d'obtenir rapidement une grande quantité d'informations sur l'état microstructural (texture, taille de cristallites et de grains ...) et mécanique des échantillons, la norme internationale (EN15305) en vigueur dans le domaine des mesures de contraintes résiduelles ne tient que partiellement compte de cette géométrie de détecteur.

Le premier objectif de ce projet est donc de proposer des stratégies alternatives de détermination des contraintes qui exploitent pleinement les avantages des derniers développements technologiques. Aussi, pour disposer d'arguments à même de faire évoluer les normes, qui pour le moment n'intègrent pas pleinement les détecteurs 2D, il est nécessaire de valider ces méthodes en les comparant à celles classiquement utilisées, qui impliquent des détecteurs ponctuels (0D) ou linéaires (1D). Les détecteurs 2D capturent des portions importantes d'anneaux de Debye-Scherrer. Ceci permet de déterminer les tenseurs des contraintes avec différentes méthodes, sin2PSI [1], de He [2] utilisant différents plans diffractant, voire par analyse du profil total [3].

Pour ce faire, deux séries d'échantillons ont été mesurées dans 6 laboratoires partenaires (CEMES, IJL, LAMPA, LASMIS, PIMM, ArianeGroup) du projet, utilisant des configurations appareil et donc des stratégies de mesures différentes.

La première série d'échantillons grenaillés avec des microstructures simples est constituée d'un alliage d'aluminium, un acier ferritique et un inconel certifié GFAC. La deuxième série comporte des matériaux multiphasés comme un Al-Si 7% wt., un alliage TA6V avec une microstructure harmonique et un composite à matrice métallique (CMM) de type Austénite-Martensite-TiC [3].

Les valeurs de contraintes obtenues en utilisant des détecteurs 2D sont généralement comparables à celles obtenues avec des détecteurs ponctuels ou linéaires. La précision de la mesure est sensiblement améliorée par l'utilisation de la technologie 2D. Il reste néanmoins des différences notables au niveau des valeurs de contraintes observées dans le cas de matériaux biphasés (TiAl6V4 et CMM).

Pour expliquer ces différences, et ainsi mettre en évidence les éventuelles limites des détecteurs 2D, des mesures avec des stratégies d'analyses alternatives (i.e. multiples hkl, hypothèse de triaxialité ...) ont été effectuées. Ces nouvelles données, couplées au développement d'un logiciel de traitement (X-light), permettent d'identifier les facteurs qui expliquent les différences ponctuellement observées entre les différents équipements.

[1] Noyan, I.C. & Cohen, J.B. Residual Stress: Measurement by Diffraction and Interpretation, 1987, Springer-Verlag, New-York.

[2] He, B. B., Two dimensional X-Ray Diffraction, 2009, Wiley.

[3] L. Lutterotti, D. Chateigner, S. Ferrari, J. Ricote. Texture, residual stress and structural analysis of thin films using a combined X-ray analysis. Thin Solid Films 450, 2004, 34-41

[4] Vautrot, L.; Geandier, G.; Mourot, M.; Dehmas, M.; Aeby-Gautier, E.; Denand, B. & Denis, S. François, M.; Montay, G.; Panicaud, B.; Retraint, D. & Rouhaud, E. (Eds.) Advanced Materials Research, Trans Tech Publications, Switzerland, 2014, 996, 944-950