UMET - Hautes Pressions Sur Grands Instruments

Vue aérienne du synchrotron SOLEIL. C. Kermarrec - SOLEIL — Synchrotron SOLEIL, GFDL, Wikipédia.

 

Les grands instruments de recherche sont des centres nationaux ou internationaux dans lesquels sont installées des expériences qui seraient impossibles à conduire dans des laboratoires plus petits. Pour le domaine des hautes pressions, les sources de lumière comme les synchrotrons sont particulièrement utiles car ils donnent accès à des rayonnements suffisemment intenses et focalisés pour permettre des mesures in-situ, pendant que l'échantillon est sous haute pression.

Dans le cadre de nos activités de recherche, nous utilons principalement

• l'European Synchrotron Radiation Facility à Grenoble 
• PETRA-III à Hambourg 
• l’Advanced Photon Source aux États-Unis 
• SOLEIL en Ile de France.

Expérience en presse multi-enclumes sur la ligne ID06 de l'ESRF.

Expérience en cellule à enclumes de diamants sur la ligne ID27 de l'ESRF.

Une cellule diamants avec chauffage résistif sur la ligne P02.2 à PETRA III.

Le montage de chauffage laser sur la ligne P02.2 à PETRA III.

Les cellules à enclume de diamant, presses Paris-Edinburgh et presses multi-enclumes sont généralement installés sur des lignes de lumière dédiées disposant de systèmes de mesures, de chauffage, et de positionnement appropriés. Ces lignes sont aussi, généralement, associèes à un laboratoire sur place permettant de préparer les échantillons avant l'expérience.

Mesures de déformation sur synchrotron. Radiographie et diffraction sont utilisées pour quantifier la déformation, la contrainte, et la texture de l'échantillon.

 

Diffraction multigrains en cellule diamant. Suivi in situ et grain à grain de l’évolution de la microstructure d'un échantillon.

 

Dans notre cas, nous utilisons principlament des lignes de lumière produisant des rayons X avec lesquelles nous réalisons des mesures de diffraction, de radiographie, et de tomographie. Nous étudions ainsi les propriétés physiques de nos échantillons, telles que leurs structures crystallographiques, microstructures, ou propriétés plastiques.

Quelques exemples de travaux 

• Dans une expérience de déformation, la déformation macroscopique imposée aux échantillons est mesurée par radiographie X. La contrainte appliquée est estimée en diffraction X par la quantification de la déformation élastique mesurée. La texture de l'échantillon est évaluée à l'aide des variations d'intensité de diffraction avec l'orientation.
  • F. Lin, N. Hilairet, P. Raterron, A. Addad, J. Immoor, H. Marquardt, C. N. Tomé, L. Miyagi, S. Merkel, Elasto-viscoplastic self consistent modeling of the ambient temperature plastic behavior of periclase deformed up to 5.4 GPa, Journal of Applied Physics 122 205902 (2017) [doi: 10.1063/1.4999951]
  • C. Bollinger, P. Raterron, O. Castelnau, F. Detrez, S. Merkel, Textures in deforming forsterite aggregates up to 8 GPa and 1673 K, Physics and Chemistry of Minerals 43 409-417 (2016) [doi: 10.1007/s00269-016-0805-x]
• La diffraction X muli-grains permet de suivre des matériaux pendant des processus dynamiques tels que la déformation plastique ou une transformation de phase. On peut alors suivre en temps réel, in situ et grain à grain l’évolution de la microstructure de l’échantillon pour déterminer, par exemple, un mécanisme de transformations.
  • C. Langrand, N. Hilairet, C. Nisr, M. Roskosz, G. Ribárik, G. B. M. Vaughan, S. Merkel, Reliability of multigrain indexing for orthorhombic polycrystals above 1 Mbar: application to MgSiO₃ post-perovskite, Journal of Applied Crystallography 50 120-130 (2017) [doi: 10.1107/S1600576716018057]
  • A. D. Rosa, N. Hilairet, S. Ghosh, J. P. Perrillat, G. Garbarino, S. Merkel, Evolution of grain sizes and orientations during phase transitions in hydrous Mg₂SiO₄, Journal of Geophysical Research 121 (2016) [doi: 10.1002/2016JB013360]