Etude de l`interaction rayonnement

UNIVERSITE DE LIMOGES
Ecole Doctorale : Science – Technologie – Santé
Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle
Année : 2004 Thèse N° 26-2004
THESE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE LIMOGES
Discipline : Matériaux Céramiques et Traitements de Surface
Présentée et soutenue publiquement par
Sophie FAURE
Le 16 novembre 2004
Directeur de thèse : Pierre ABELARD
Jury :
M. Patrick ECHEGUT Chargé de recherche CNRS, CRMHT, Orléans Rapporteur
M. Dominique GREVEY Professeur, LTm, Le Creusot Rapporteur
M. Jean-Pierre BONNET Professeur, GEMH, ENSCI, Limoges Président
M. Jean-Claude LABBE Professeur, SPCTS, Limoges Examinateur
M. Pierre ABELARD Professeur, SPCTS, Limoges Examinateur
M. Jean-Marie GAILLARD Professeur agrégé, GEMH, ENSCI, Limoges Examinateur
Etude de l'interaction rayonnement-matière
dans un milieu granulaire en vue de
l'application au procédé de frittage laser.

Remerciements
RemerciementsRemerciements
Remerciements
Je remercie la région Limousin et l’Europe pour avoir assuré le financement de mes
travaux pendant trois ans.
Le travail de recherche présenté dans ce mémoire a été réalisé au sein du laboratoire
Sciences des Procédés Céramiques et Traitements de Surface (SPCTS) et du Groupe d'Etude
des Matériaux Hétérogènes (GEMH), dans les locaux de l'Ecole Nationale Supérieure de
Céramique Industrielle (ENSCI) de Limoges.
J’exprime ma gratitude à Monsieur Jean-François Baumard, professeur et directeur du
SPCTS, pour m’avoir accueillie dans son laboratoire ainsi qu’à Monsieur Christian Gault,
professeur et directeur de l’ENSCI, pour m’avoir permis d’effectuer mes travaux à l’ENSCI.
Je remercie également Monsieur Jean-Pierre Bonnet, professeur et directeur du
GEMH, de m'avoir accueillie dans son laboratoire et d'avoir accepté de présider le jury de
cette thèse.
Je prie Monsieur Pierre Abélard, directeur de cette thèse et professeur à l’ENSCI, de
trouver ici l'expression de mes sincères remerciements, pour m'avoir guidée tout au long de
cette étude et pour m’avoir fait bénéficier de ses compétences scientifiques et de ses conseils.
Je le remercie aussi de la confiance qu'il m'a accordée lors de la rédaction de ce mémoire.
Je remercie aussi chaleureusement Monsieur Jean-Marie Gaillard, professeur agrégé à
l’ENSCI, pour avoir participé à ce travail de recherche et pour son soutien. Je n’oublierai pas
ses longues discussions sur divers sujets, scientifiques ou autres, toujours dans la bonne
humeur.
Je tiens à remercier Monsieur Dominique Grevey, professeur à l'IUT du Creusot et à
Monsieur Patrick Echegut, chargé de recherche CNRS au Centre de Recherche sur les
Matériaux à Haute Température (CRMHT) à Orléans, pour avoir pris le temps de juger ce
travail. En outre, Monsieur Patrick Echegut m'a permis de réaliser les mesures
spectroscopiques sur mes échantillons de verre au sein du laboratoire CRMHT. Je lui en suis
reconnaissante et le remercie, ainsi que toute l'équipe, pour leur aide et leur gentillesse.

A Monsieur Jean-Claude Labbe, professeur à l'université de Limoges, j’exprime mes
remerciements pour l’intérêt qu’il a porté à cette étude et pour sa participation au jury de ma
soutenance.
Je remercie Madame et Monsieur Céline et Arnaud Hory de la société Cerlase et
Messieurs François Reymondet et Patrick Teulet de la société Phénix Systems pour l'intérêt
qu'ils ont manifesté pour mes travaux et par leur présence à ma soutenance.
Je remercie Céline et Arnaud Hory de m'avoir permis d'effectuer des essais laser à
Cerlase lorsque je n'avais pas le montage laser à l'ENSCI.
Et je ne manquerai pas de dire merci à Monsieur Benoît Dupeyrat de la société Phénix
Systems pour m'avoir dévoilé la technique de prototypage rapide au début de ma thèse ainsi
que pour son amitié.
Je tiens à remercier également Monsieur Yvan Garnier de la société Ferro qui m'a
fourni les frittes de verre et les creusets, pour sa disponibilité et sa gentillesse.
Pour la caractérisation de mes échantillons par spectroscopie Mössbauer, je remercie
Madame Béatrice Hannoyer, professeur et directrice du Laboratoire Analyse de Spectroscopie
et de Traitement de Surface des Matériaux (LASTSM) à Rouen, ainsi que Mademoiselle
Béatrice Foulon pour sa grande disponibilité et son amitié.
J’associe à ces remerciements tous les membres de l’ENSCI, chercheurs, techniciens
et personnels administratifs avec qui j’ai eu le plaisir de travailler.
Enfin, j’exprime un grand merci à mes parents, à ma sœur et toute ma famille, qui
m’ont toujours encouragée et soutenue. Et je n’oublie pas tous mes amis de Paris, Rouen et
Limoges qui par leur présence, même lointaine, m’ont apporté leur sympathie et leur
réconfort. Je m'adresse en particulier à mes amis doctorants de l’ENSCI pour leur contribution
à la bonne ambiance présente au laboratoire.

Sommaire

Sommaire
Introduction…………………………………………………………………………………….1
Chapitre I : Généralités...............................................................................................................5
I. Une technique de prototypage rapide : le frittage laser sélectif ..............................................5
II. Propagation des ondes dans la matière...................................................................................8
III. Mécanismes d'absorption dans le domaine infrarouge-visible ...........................................12
III.1. Vibrations de réseau.....................................................................................................13
III.2. Transitions électroniques.............................................................................................15
III.2.1. Théories associées aux transitions électroniques..................................................15
III.2.2. Théorie du champ cristallin pour les ions multiélectroniques ..............................19
III.2.3. Théorie du champ cristallin pour les éléments de transition 3d............................20
III.2.4. Choix des éléments dopants..................................................................................26
IV. Choix des matériaux...........................................................................................................31
IV.1. L’alumine.....................................................................................................................31
IV.2. Le verre........................................................................................................................32
IV.3. Les oxydes...................................................................................................................34
V. Conclusion ...........................................................................................................................34