Analyse de surface

II.4.2.1. Méthodes d’analyse de surfaces

Remarque : la surface d’un corps est définie comme le lieu des points qui délimitent une portion de l’espace. Sa détermination n’est pas aisée car elle dépend de la précision que l’on désire obtenir, donc de l’échelle à laquelle on se place pour l’évaluer. Par exemple, le point sur ce « i » paraît de forme circulaire à notre échelle or si on le place sous microscope, on observera une forme qui s’éloigne de plus en plus de la forme parfaite du disque au fur et à mesure que l’on augmente le grossissement. Il en est de même pour les revêtements étudiés, ainsi, une surface qui nous paraît lisse, apparaîtra comme une zone montagneuse pour les particules traitées de quelques micromètres de diamètre. On ne peut donc jamais mesurer la

surface réelle d’une surface mais l’approcher par une surface mesurée qui dépend de la méthode d’analyse utilisée.

On distingue plusieurs méthodes d’analyses plus ou moins précises et plus ou moins adaptées au type de revêtement à étudier. Pour ces analyses, on utilise différents types de capteurs :

- les capteurs mécaniques composés d'un stylet pivotant muni à une extrémité d'une pointe diamant reposant sur la surface à analyser et d'un système de mesure de déplacement du bras. La mesure du déplacement utilise le plus souvent un principe inductif. Un noyau ferrite solidaire du stylet se déplace dans une bobine à deux enroulements, le conditionneur du capteur effectuant l'excitation de la première bobine et la détection synchrone du signal induit sur la deuxième bobine. On représente ainsi les différences de bosses et de creux le long d’une ligne.

- les capteurs optiques laser de rugosité utilisant le principe d'asservissement des têtes de compact disque. Ils sont constitués d'un bloc optique assurant la focalisation fixe d'un faisceau laser sur la surface et projetant le faisceau réfléchi sur des photodiodes, et d'un système de déplacement vertical permettant l'asservissement du point de focalisation.

- les capteurs optiques lumière blanche de rugosité utilisant l'aberration chromatique d'une lentille. Une source blanche est focalisée sur la surface par un ensemble optique présentant une forte aberration chromatique. L'altitude de la surface est déterminée par une analyse spectrale de la lumière rétro - diffusée par cette surface.

- les capteurs optiques à triangulation. Leur principe est fondé sur la mesure de l'angle d'observation d'un faisceau laser projeté sur la surface.

Le choix de la méthode d’analyse est fonction du type de revêtement ainsi que de la précision des informations à obtenir.

II.4.2.2. Analyses des revêtements étudiés

Pour la caractérisation géométrique des revêtements de cette étude, deux analyses complémentaires ont été effectuées : détermination de la rugosité par capteur mécanique pour

les surfaces lisses et dures, analyse tridimensionnelle par capteur optique à triangulation pour tous les revêtements.

La figure II.21 présente les résultats de l’étude menée au Lycée Marcel Dassault de Rochefort à l’aide d’un rugosimètre. Sur les sept revêtements étudiés, quatre ont pu être analysés, les autres n’ayant pas une surface suffisamment lisse. Pour chaque revêtement, le profil de la surface a été tracé et les deux coefficients classiques de rugosité (Ra et Rp) ont été calculés. Le coefficient Ra représente l’écart moyen par rapport à la ligne moyenne du profil ; il correspond à la définition de la rugosité des conduites en mécanique des fluides par exemple. Le second, Rp, est la profondeur d’aplanissement de la surface ; autrement dit, il donne une mesure de l’irrégularité de la surface.

Verre Ra=0.05 µm Rp=0.3 µm 1 µm Linoléum Ra=1.14 µm Rp=4.0 µm 5 µm Bois Ra=6.55 µm Rp=10.2 µm 20 µm

Papier peint lisse Ra=10.36 µm Rp=50.8 µm

50 µm

Figure II.21 : Rugosité des surfaces étudiées

Le verre se révèle être la surface la plus lisse avec des coefficients de rugosité quasiment nuls. L’étude au rugosimètre permet la classification de ces revêtements lisses : verre, linoléum, bois et papier peint lisse.

Les résultats de l’analyse optique sont donnés par la figure II.22. Cette étude a été effectuée à l’IUT de Génie Civil de La Rochelle. Les profils obtenus permettent d’apprécier qualitativement les différences entre les surfaces étudiées. De même que précédemment, on peut donner une ébauche de classification des revêtements : surfaces lisses, papier peint avec relief, moquette et crépis.

Papier peint lisse (idem Linoléum, Bois et Verre) Papier peint avec relief

Moquette Crépis

Figure II.22 : Surfaces tridimensionnelles des revêtements

II.4.2.3. Conclusion

De ces deux analyses de surface, on peut effectuer une première classification des revêtements étudiés du plus lisse à celui comportant la plus grande irrégularité de surface (figure II.23). Dans l’ensemble, la classification suivant la géométrie surfacique des revêtements correspond à celle du dépôt : plus un revêtement est rugueux, plus la constante (ou vitesse) de dépôt est élevée. Cependant, cette tendance s’inverse pour les revêtements les plus rugueux (moquette et crépis) et surtout, le verre, qui est une des surfaces les plus lisses, a

une constante de dépôt élevée. Par conséquent, prendre uniquement en compte le caractère géométrique de l’état de surface n’est pas une solution suffisante. Le chapitre suivant traite de la solution adoptée dans cette étude, elle passe par une mesure systématique des constantes de dépôt à l’intérieur de l’enceinte pour chaque couple particule – revêtement.

0 5 10 15 20 25 30 V e rre Li nol éum Bo is P api er pei nt lisse P api er pei nt av ec r e lie f M oquet te C répi s C ons tant e de dépôt ( h -1 )

Figure II.23 : Classification des revêtements en fonction de leur géométrie de surface