Grandes tendances exp´ erimentales

Nous pr´esentons ici quelles propri´et´es et conditions ext´erieures peuvent influen- cer les profils de concentration induits par la RIS.

La structure et la nature du puits de d´efauts : Les puits de d´efauts peuvent ˆ

etre de diff´erentes natures : dislocations, joints de grain, surfaces, cavit´es... Ces puits ont des structures atomiques qui les rendent plus ou moins efficace vis `a vis de l’´elimination des d´efauts. Cette efficacit´e est quantifi´ee par les param`etres kV s

et kIs dans les ´equations (4.1) et (4.2). Ces param`etres ont ´et´e calcul´es pour les

puits les plus courants [?, ?]. Les interactions atomiques des ´el´ements avec les puits de d´efauts peuvent aussi induire, `a l’´equilibre thermique, une s´egr´egation d’un des ´

el´ements sur les puits de d´efauts. La largeur des profils de concentration d’´equilibre est relative `a la port´ee des interactions atomiques et donc est g´en´eralement li- mit´ee `a quelques plans atomiques. Ainsi les profils de concentration au voisinage des puits sous irradiation peuvent ˆetre influenc´e par cette s´egr´egation d’´equilibre. Par exemple, si la RIS induit un appauvrissement en B alors que la s´egr´egation d’´equilibre induit un enrichissement, on pourra avoir un profil g´en´eral avec un ap- pauvrissement mais avec un enrichissement local pr`es du puits) (voir figure 4.2).

Pour les puits de d´efauts de type joints de grain, il a de plus ´et´e montr´e que l’orientation du grain a un effet sur le profil de concentration induit par la RIS [?].

La temp´erature : A taux d’irradiation fix´e (K0 dans les ´equations (4.1)

et (4.2)), trois r´egimes sont identifiables suivant la temp´erature [?]. A basse temp´erature la diffusion des d´efauts (lacunes et interstitiels) est tr`es lente. Ainsi les d´efauts disparaissent plus par les recombinaisons (terme RCVCI des ´equations

(4.1) et (4.2)) des paires de Frenkel (quand les d´efauts sont suffisamment proches pour interagir) que par la diffusion vers les puits de d´efauts. Le ph´enom`ene de RIS ne se produit donc pas `a basse temp´erature. A plus haute temp´erature, la concentration de d´efauts ´evolue plus par la migration des d´efauts vers les puits que par les recombinaisons ce qui permet `a la RIS de se produire. A encore

: Mean Field simulation of the evolution of the Cr concentration profile near a grain boundary in Fe 0.04 0.08 0.12 0.16 0.2 0.24 -4 10-9 0 100 4 10-9

Cr (

at

%)

Figure 4.2 – Simulation de champ moyen de l’´evolution du profil de la concentra- tion de chrome au voisinage d’un puits de d´efauts dans un alliage Fe-12% Ni-19% Cr `a 635K en fonction de la dose d’irradiation. Pour la dose `a 0.01 dpa on observe que s´egr´egation d’´equilibre induit un pic de concentration ´etroit sur le puits de d´efauts [?]

plus haute temp´erature, la concentration de d´efauts au niveau des puits (donc la concentration `a l’´equilibre thermique) peut devenir du mˆeme ordre de gran- deur que la concentration induite par le flux (voire la d´epasser) ce qui diminue les gradients de concentration de d´efauts au voisinage des puits et donc diminue les flux de d´efauts vers les puits. De plus les propri´et´es de diffusion des d´efauts aug- mentent et peuvent amener `a homog´en´eiser la concentration dans l’alliage. C’est le r´egime de ”diffusion-retour”. Ainsi, `a flux d’irradiation fix´e, il existe une gamme de temp´erature o`u la RIS est possible. Dans cette gamme de temp´erature, les flux de d´efauts peuvent varier et donc les profils de concentration induits par ces flux aussi. De plus, dans la gamme de temp´erature o`u la RIS se produit, la temp´erature peut faire varier les poids relatifs des m´ecanismes en comp´etition (diffusion d’un ´el´ement par rapport `a un autre par exemple ou d’un type de d´efaut) et changer le sens du profil induit par la RIS.

Le flux d’irradiation : Le flux d’irradiation peut varier suivant diff´erents pa- ram`etres. D’abord il peut varier par le taux d’irradiation K0, c’est `a dire le nombre

de particules irradiant le syst`eme par unit´e de temps. Ce taux d’irradiation fait varier la concentration de d´efauts dans le syst`eme et donc les flux de d´efauts vers les puits. De plus, plus le taux d’irradiation est grand, plus les seuils des

4.2 Le ph´enom`ene de la s´egr´egation induite par irradiation

diff´erents r´egimes en temp´erature pr´esent´es plus hauts sont d´ecal´es vers les hautes temp´eratures. Ainsi la RIS ne se produit pas aux mˆemes temp´eratures suivant le taux d’irradiation. Pour un mˆeme taux d’irradiation, plus les particules irradiant le mat´eriaux sont ´energ´etiques, plus elles entrainent des cascades de d´eplacement et donc plus les d´efauts produits par l’irradiation sont proches et se recombinent ou forment des amas de d´efauts. Ainsi, pour un mˆeme taux d’irradiation, deux flux avec des particules d’´energies diff´erentes n’induiront pas la mˆeme concentration de d´efauts dans l’alliage et donc pas les mˆeme profils de concentration [?].

Les impuret´es : L’addition d’impuret´es dans les alliages est un moyen de mod´erer la s´egr´egation induite par irradiation. La m´ethode la plus courante est d’ajouter des impuret´es dont la taille est sup´erieure `a celle des atomes de l’alliage [?] qui pi`egent les lacunes (et dans certains cas les interstitiels) ce qui permet d’augmenter le taux de recombinaison des d´efauts et donc de diminuer les flux de d´efauts vers les puits. Il a ´egalement ´et´e observ´e exp´erimentalement que certains ´el´ements ont tendance `a co-s´egr´eger au voisinage des puits de d´efauts. Par exemple, il a ´et´e observ´e dans les alliage fer-chrome ferritiques que le carbone influence les profils de concentration de chrome au voisinage des joints de grain en favorisant syst´ematiquement un enrichissement en chrome sur les joints [?, ?] (voir section 4.3).

Nous venons donc de voir que la s´egr´egation induite par irradiation est un ph´enom`ene complexe d´ependant de beaucoup de facteurs. L’influence de ces fac- teurs sur les profils de concentration des esp`eces chimiques au voisinage des puits de d´efauts peut ˆetre quantifi´ee `a deux conditions. La premi`ere est de quantifier l’influence de ces facteurs sur les profils de concentration de d´efauts dans l’alliage. La seconde est de quantifier l’´evolution des flux des esp`eces chimiques avec les flux de d´efauts. Ce lien entre les propri´et´es de migration des esp`eces chimiques et celles des d´efauts est g´en´eralement difficile `a d´eterminer exp´erimentalement comme nous ne verrons par la suite ce qui rend difficile l’analyse de la RIS dans les alliages. Les aciers inoxydables ferritiques ´etant de bons candidats comme mat´eriaux de structure pour les futurs g´en´erations de r´eacteurs nucl´eaires, de nombreuses ´etudes exp´erimentales ont ´et´e r´ealis´ees pour d´eterminer les profils de concentration au voi- sinages des puits de d´efauts induits par la RIS dans ces mat´eriaux. Nous pr´esentons les r´esultats de ces ´etudes ci-apr`es.