Travaux expérimentaux existants

Dans le domaine de l’ultravide, jusqu’à présent l’attention des chercheurs a été focalisée principalement sur la pression limite que l’on peut atteindre dans un dispositif UHV et sur la possibilité de réduire le dégazage total d’une surface métallique. Notamment, on s’est concentré sur le comportement des éléments les plus significatifs par leur contribution au dégazage total : l’eau, pour une surface métallique non étuvée, et l’hydrogène, pour une surface métallique étuvée. De nombreuses études ont été faites pour modéliser les comportements de l’eau et de l’hydrogène sur une surface métallique en conditions d’UHV et pour développer des méthodes pour réduire le dégazage.

33

Plusieurs travaux ([16] et [17]) ont montré comment le taux de dégazage d’une surface métallique propre (acier inox et aluminium) non étuvée dans les premières heures obéit à la loi de puissance q = q0t-1. Le taux de dégazage dans ce cas est dominé par la contribution très majoritaire de l’eau (≈ 85%). La contribution restante est donnée par l’hydrogène (H2), le méthane (CH4), le monoxyde de carbone (CO) et le dioxyde de carbone (CO2). Le dégazage de l’eau est principalement issu des molécules d’eau adsorbées sur et absorbées dans la couche d’oxyde normalement présente sur une surface d’acier inox et d’aluminium. Une deuxième source du dégazage de l’eau pour une surface d’acier inoxydable est la réduction du fer par la réaction :

FexOy + 2H → Fe + H2O. [23] Pour une surface d’aluminium, au contraire, la couche d’oxyde d’aluminium (Al2O3) est trop stable pour qu’une réaction de réduction puisse avoir lieu à température ambiante. Néanmoins, une réaction de réduction des hydroxydes (Al(OHx)) dans la couche d’oxyde Al2O3 peut être à l’origine d’une contribution au dégazage de l’eau par la surface d’aluminium.

Il est important de noter ([18], [20], [23] et [24]) que le taux de dégazage initial est déterminé principalement par l’humidité de l’air à laquelle la surface est préalablement exposée. Cela indique clairement que le matériau ainsi que les traitements subis par les surfaces (réduction de la rugosité, etc.) de la chambre ne jouent qu’un petit rôle dans le comportement du taux de dégazage. C’est donc l’atmosphère à laquelle la chambre a été exposée qui caractérise le dégazage global dans les premières heures.

La solution normalement utilisé pour réduire le dégazage de l’eau d’une surface métallique est l’étuvage de la surface. Parmi les différentes stratégies étudiées, la répétition d’une série de cycles d’étuvage – exposition à l’air a été démontrée être très efficace ([25] et [26]).

Il a été montré que le dégazage total d’une surface métallique étuvée est dominé par la contribution de l’hydrogène ([28]). Dans ce cas aussi, des modèles de désorption ainsi que plusieurs méthodes permettant de réduire le dégazage de l’hydrogène d’une surface d’acier ont été développées ([25] et [27]). L’étude de la désorption de l’hydrogène d’une surface métallique représente un bon exemple de l’utilisation de la TDS. Cette technique a permis de mettre en évidence le rôle joué par la couche d’oxyde superficielle dans la désorption de l’hydrogène d’une surface d’acier ([28]). En particulier, cette étude a permis d’identifier la contribution primaire de l’hydrogène présent dans la couche d’oxyde par rapport à celui qui diffuse dans le volume. De plus, la TDS a permis de modéliser aussi le procédé de désorption du monoxyde de carbone, qui représente la deuxième contribution au dégazage d’une surface d’acier étuvée.

Malheureusement, nous n’avons pas trouvé dans la littérature d’études concernant la désorption des hydrocarbures par une surface métallique. Il faut noter que, en effet, cette problématique est très récente et n’intéresse que des domaines particuliers et pas encore très développés, comme l’EUVL. La contribution au dégazage global issue d’une contamination organique, que nous nous proposons d’étudier, est normalement négligeable par rapport à celle de l’eau ou de l’hydrogène. De plus, les techniques dans l’UHV pour réduire le dégazage résiduel de l’hydrogène demandent des étuvages à très haute température (plusieurs centaines de degrés, [27]), ce qui conduit à la dissociation et la désorption des principaux composés organiques préalablement adsorbés. On comprend donc que l’intérêt pour ce sujet soit assez récent et que ce ne soit que maintenant qu’il devient objet d’étude.

34

Bien que nous n’ayons pas trouvé d’études sur la problématique du dégazage des hydrocarbures par une surface métallique, la bibliographie trouvée au sujet du dégazage d’autres substances par une surface métallique apporte des éléments utiles. Notamment le dégazage de l’eau peut nous aider dans notre travail. En effet, la procédure de mesure adoptée (voir chapitre 2) exige l’exposition de la chambre de mesure à l’atmosphère du laboratoire lors du chargement des échantillons. Il est donc raisonnable de penser que l’on a une contribution de l’atmosphère à la mesure donnée par le dégazage de la chambre en acier inox. Cette contribution peut être étudiée à partir des modèles présentés ci-dessus.

Une autre particularité de notre étude est l’analyse à température variable. Pour pouvoir étudier les processus de transport du gaz dans le solide, les analyses de désorption nécessitent en fait une surface propre exposée, sous conditions d’UHV, à une atmosphère ou un faisceau de molécules dont les propriétés soient bien connues. Ce sujet ne relève pas de notre étude. Les processus de contamination qui surviennent pendant le cycle de production des turbines et des stators sont inconnus et difficilement modélisables. Nous ne connaissons pas les compositions chimiques exactes des substances utilisées pendant chaque étape ni les conditions dans lesquelles ces substances interagissent avec la surface métallique de l’échantillon. Néanmoins, nous pouvons analyser le dégazage des contaminants organiques en fonction de la température et utiliser cette information pour comparer qualitativement les énergies de liaison des contaminants sur la surface. Cela pourra nous aider à mieux comprendre les processus de contamination qui surviennent sur les pièces métalliques analysées.

36