Effets d'un champ magnétique normal à petite échelle

Structure microscopique des dendrites

Afin de sonder les effets du champ à petite échelle nous avons fait des observations en microscopie optique et en microscopie électronique (TEM et SEM). De manière générale, les observations en microscopie électronique ont permis de révéler clairement la structure des dendrites ainsi que plusieurs autres caractéristiques.

Dans les croissances obtenues à partir des solutions concentrées (0.3M) et en absence de champ magnétique les dendrites sont très ordonnées au front de croissance mais, dans les parties situées en arrière, l'évolution ultérieure des branches fait apparaître des zones où la croissance n'est plus dendritique mais plutôt un amas assez désordonné de type "feuillage" (Fig. III.19). Cette évolution est très complexe car elle doit dépendre du voisinage de la dendrite qui évolue ce qui explique la grande variété des formes observées.

Un fait étrange est que le bout de la dendrite (Fig. III.19.c) semble très épais par rapport à son axe (Fig. III.19.d). On observe de plus qu'à sa pointe, la dendrite a tendance à pousser de façon 3D, mais tres vite les branches qui poussent perpendiculairement au plan de croissance basculent sur les côtés ou sont inhibées

L'axe d'une grande dendrite est en fait l'endroit d'où partent des dendrites plus petites (Fig. III.19). Ces dendrites poussent en général dans le plan de croissance, mais il y a aussi des petites plaquettes qui poussent perpendiculairement au plan de croissance. Les dendrites semblent partir d'une tige très fine, mais il y a des cas où la tige est manquante (Fig. III.20). Cette structure de l'axe explique la faible résistance mécanique des dendrites.

Fig. III.19 Observations SEM à différentes échelles d'une croissance dendritique de zinc 0.3 M obtenue en cellule

d'épaisseur 200 µm, tension 10 V, en l'absence du champ magnétique. Les figures c et d sont des agrandissements

des zones indiquées par la flèche et la croix dans la figure b; les figures e et f sont des agrandissements successifs de la zone indiquée dans la figure a.

Fig. III.20 Observations SEM de l'axe de plusieurs dendrites obtenues à partir de solutions 0.3M dans des cellules d'épaisseur 200 µm, tension 10V, en l'absence de champ magnétique. On observe que les dendrites ont une tige

centrale très fine, d'environ 2 µm de large.

Il est fort probable que la résistance au pliage est plutôt d'avantage dû aux branches latérales qui se touchent quand la dendrite est pliée. Ce seraient ainsi le nombre et la longueur des branches latérales qui détermineraient la résistance mécanique d'une dendrite. Le fait que les branches se touchent permet aussi de garder le contact électrique. Les dendrites obtenues pour des concentrations faibles (0.06 M) ont des branches latérales moins nombreuses et plus courtes (voir Fig. III.21). Ce-ci pourrait expliquer la faible résistance mécanique de ces agrégats et le fait que les croissances obtenues pour une concentration 0.06M sont plus facilement pliables que celles obtenues pour une concentration 0.3M.

Un autre aspect intéressant des observations microscopiques est l'augmentation de la largeur de la dendrite principale avec l'épaisseur de la cellule. On a l'impression que l'épaisseur de la cellule influence plutôt la largeur de la dendrite que son épaisseur (voir Fig. III.19 et III.22).

Fig. III.21 Observations SEM d'une croissance dendritique de Zn réalisée en cellule fine (10 µm). On observe en comparant avec la figure III.22, que les dendrites obtenues en cellule fine ont une largeur globale plus faible mais

Effet de champ

Des observations au microscope d'une croissance faite sous un champ de 0.23T ont permis

de voir une dendrite qui a poussé sur environ 200 µm sans être perturbée par la solution qui

pourtant était animée d'un mouvement de convection MHD. Cette observation semble montrer que le champ magnétique n'influence pas le mode de croissance à petite échelle.

De plus nous n'avons pas décelé de différences au niveau microscopique entre les croissances obtenues sous un champ de 0.23T et sans champ dans le cas des croissances réalisées à partir de solutions concentrées (0.3M). Dans le cas des croissances faites à partir des

concentrations faibles (0.06M) et pour une épaisseur de la cellule 100 µm (conditions dans

lesquelles il y a des spirales à grande échelle) nous n'avons pas observé non plus d'effet de champ au niveau microscopique. Ce qu'on peut déduire est que si des effets existent, ils sont noyés dans la variation de la morphologie qui existe même en l'absence du champ.

De nombreuses dendrites assez grandes sont observées sous champs magnétiques forts (1.2T), ce qui veut dire que même dans les cas où la rotation de la solution est très forte, la croissance est à la base dendritique (Fig. III.22). Le champ, via le mouvement de la solution, induit une croissance très complexe avec des branches qui plient et d'autres branches qui surgissent et cela est observé dans la structure de l'agrégat.

Fig. III.22 Observations SEM d'une arborescence de Zn obtenue à partir d'une solution de concentration 0.3M, en cellule épaisse, sous l'action d'un champ magnétique normal de 1.2T. On observe dans la figure (a) une courbure générale des branches (le champ appliqué pendant la croissance pointe de l'observateur vers le plan de la figure). Dans la figure (b) on observe des dendrites d'environ 200 µm toute droites (b). Ces observations montrent que la croissance est à la base dendritique, même dans ces conditions et que l'effet du champ est de plier les branches déjà

Des effets microscopiques importants ont été surtout trouvés dans le cas où le champ magnétique inhibe la croissance (Zn 0.06M,1.2T). En absence de champ, les branches ont un axe principal, mais sur les côtés la croissance est assez désordonnée (Fig. III.23). Les dendrites sont moins bien définies par rapport aux dendrites obtenues pour des concentrations 0.3M. En présence d'un champ fort, la croissance dendritique est complètement inhibée et l'agrégat a une structure très rugueuse. On a vu dans le chapitre I que la croissance dendritique est facilement inhibée pour cette concentration. Donc un mouvement généré par le champ magnétique arrive à perturber la croissance, même à très petite échelle (Fig. III.23).

Fig. III.23 Observations SEM des arborescences de zinc 0.06 M, obtenues dans une cellule d'épaisseur 200 µm: sans champ magnétique, figures a, b, c et sous un champ magnétique normal de 1.2T, figures c, d, e; tension 10 V

En conclusion on peut dire que l'effet du champ à petite échelle dépend beaucoup de la concentration. Pour des fortes concentrations, il devient visible dans des champs forts mais il ne change pas le mode de croissance à l'échelle microscopique, tandis que pour des concentrations faibles, un champ suffisamment fort change complètement le mode de croissance à petite échelle.