Elaboration et Caractérisation de Nano-Composites Métal-Intermétalliques Complexes, Development and Characterization of Metal-Complex Intermetallic Nano-Composites

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INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE

Laboratoire de Science et Génie des Matériaux et de Métallurgie
LSG2M
UMR-CNRS 7584



THÈSE

Spécialité : Science et Ingénierie des Matériaux

présentée et soutenue publiquement par

Samuel KENZARI

le 4 décembre 2006

pour obtenir le grade de

DOCTEUR DE L’I.N.P.L.




ÉLABORATION ET CARACTÉRISATION
DE NANO-COMPOSITES
MÉTAL-INTERMÉTALLIQUES COMPLEXES





JURY

Messieurs C. BERNARD Président
J.P. CELIS Rapporteur
C. VAHLAS Rapporteur
J.M. DUBOIS Examinateur
V. FOURNEE Examinateur
INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE

Laboratoire de Science et Génie des Matériaux et de Métallurgie
LSG2M
UMR-CNRS 7584



THÈSE

Spécialité : Science et Ingénierie des Matériaux

présentée et soutenue publiquement par

Samuel KENZARI

le 4 décembre 2006

pour obtenir le grade de

DOCTEUR DE L’I.N.P.L.




ÉLABORATION ET CARACTÉRISATION
DE NANO-COMPOSITES
MÉTAL-INTERMÉTALLIQUES COMPLEXES





JURY

Messieurs C. BERNARD Président
J.P. CELIS Rapporteur
C. VAHLAS Rapporteur
J.M. DUBOIS Examinateur
V. FOURNEE Examinateur



II
Remerciements


Ce travail de recherche a été effectué au sein de l’équipe “Métallurgie et Surface” dans
le Laboratoire de Science et Génie des Matériaux et de Métallurgie (LSG2M) de l’Ecole des
Mines de Nancy dirigé par Pierre Archambault. Cette étude a été cofinancée par l’ADEME
(Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie) et la Région Lorraine.

Je voudrais remercier en premier lieu Monsieur Jean-Marie Dubois, Directeur de
Recherche au LSG2M et Directeur du laboratoire à mon arrivée, pour m’avoir accueilli depuis
mon stage de maîtrise et d’avoir accepter de diriger cette thèse. Il a été présent à toutes les
étapes importantes tout en me laissant une très grande autonomie dans mon travail. L’entière
confiance qu’il m’a accordée tout au long de ces années a été pour moi un honneur et pour
cela je lui exprime toute ma gratitude.

Je remercie Monsieur Claude Bernard, Directeur de Recherche au Laboratoire de
Thermodynamique et Physicochimie Métallurgiques (LTPCM), de m’avoir fait l’honneur
d’accepter de juger ce manuscrit et de présider le jury de ma thèse.

Je remercie Monsieur Constantin Vahlas, Directeur de Recherche au Centre
Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux (CIRIMAT) et Monsieur le
Professeur Jean-Pierre CELIS du Department of Metallurgy and Materials Engineering
(MTM), d’avoir accepté d’examiner ce travail et d’en être les rapporteurs.

Je remercie plus que vivement Vincent Fournée, Chargé de Recherche au LSG2M,
d’avoir accepté de co-diriger cette thèse. Il a suivi mon travail depuis mon stage de DEA avec
une grande disponibilité et toujours dans un climat de confiance mutuelle. Il m’a également
enseigné la rigueur scientifique et prodigué des conseils constructifs tout au long de mes
recherches. Je lui exprime toute mon amitié.

Je remercie particulièrement Patrick Weisbecker, ancien Ingénieur de Recherche au
LSG2M (service commun de DRX), pour sa collaboration dans le cadre de tous mes travaux
en Diffraction des Rayons X. Les recherches que nous avons menées ont toujours été
pertinentes et efficaces. Je lui suis très reconnaissant pour sa grande implication, pour le
temps qu’il a passé à me former aux différentes techniques utilisées, pour ses conseils et
surtout, pour son amitié.

L’étude par rayonnement synchrotron a été possible grâce à Elisabeth Aeby-Gautier,
Chargée de Recherche au LSG2M, Guillaume Geandier, alors post-doctorant à l’ESRF et à
Pierre Delcroix, Ingénieur de Recherche au LSG2M, qui a réalisé les échantillons compactés à
froid. Je les en remercie.

Lei Yi, alors post-doctorant au LSG2M et Valérie Demange, Chargée de Recherche au
Laboratoire de Science et Génie des Surfaces (Ecole des Mines de Nancy) ont participé
activement à l’étude par microscopie électronique en transmission. Ils ont porté un grand
intérêt à mon travail et ont fait preuve d’une compétence scientifique sans laquelle cette étude
n’aurait pu être possible. J’ai eu beaucoup de plaisir à travailler avec eux et je les remercie
amicalement et chaleureusement.
III Remerciements
Marco Curulla, stagiaire en DEST “Métallurgie”, a participé à certaines étapes de
l’élaboration d’échantillons, des essais mécaniques et de frottement, sous la direction
conjointe de Vincent Fournée et de moi-même. Malgré la répétitivité des expériences, il s’est
impliqué avec beaucoup de rigueur, ce qui a permis d’acquérir des données supplémentaires
et pour cela je l’en remercie.

Je remercie Sylvie Migot, technicienne au Laboratoire de Physique des Matériaux
(Ecole des Mines de Nancy) de m’avoir permis d’obtenir ma première lame mince après
plusieurs semaines d’échec.

Marie-Cécile de Weerd, Assistante Ingénieur au LSG2M, a été présente pour résoudre
tous les problèmes techniques, toujours avec une grande rapidité d’action et dans la bonne
humeur. Je la remercie.

Je remercie les techniciens du laboratoire pour leur disponibilité, en particulier David
rBonina dit “M B.”, pour ses contributions en microscopie électronique à balayage, lors des
analyses EDX, pour son sérieux et sa volonté de bien faire.

Je remercie également mes “coloc. de bureau”, Julien Zollinger pour son aide et ses
compétences lors des caractérisations à la microsonde de Castaing, Fabien Bruneseaux pour
son assistance et les conversations constructives pendant les longues journées de travail à
l’ESRF.

Je remercie grandement Bernard Dussoubs et Anne-Marie Airault pour tous les
préparatifs et l’organisation aux moments les plus délicats.

Je tiens à remercier les secrétaires pour tout le travail administratif, leur bonne
humeur, leur disponibilité et tout le reste, ainsi que l’ensemble des membres du LSG2M.

Je ne pourrais oublier de remercier tout particulièrement mes parents, qui ont toujours
eu confiance en moi et m’ont permis de poursuivre ces longues années d’études. Je vous
rassure c’est terminé.

Enfin, comment pourrais-je terminer sans faire un énorme merci à ma tendre
Christelle, pour sa compréhension, sa très grande patience dans les moments difficiles et la
confiance qu’elle me porte. Je n’oublie pas non plus mon fils, Timéo, pour le bonheur qu’il
m’apporte chaque jour. Il aura peut-être un jour le courage de lire les quelques lignes qui vont
suivre. Je leur dédie ce manuscrit.








IV
Sommaire


Introduction........................................................................................11

Chapitre I. Les quasicristaux : des cristaux atypiques

Introduction........................................................................................................................15
1. Les quasicristaux, leurs structures surprenantes..........................................................16
1.1. Quasicristal : quasipériodicité et nombre d’or ............................................................16