Métrologie des surfaces

Abstract

La surface d’un solide est un domaine a deux dimensions ou se situent les interactions du solide avec le monde exterieur. La physique des surfaces a beaucoup progresse en cette deuxieme moitie du vingtieme siecle, et de nombreux domaines d’activites industrielles sont directement concernes par cette discipline. C’est a la surface d’un solide que se produisent les reactions chimiques qui la font evoluer et que se manifestent les phenomenes de frottements, d’usure, des adsorptions de contaminants divers. Depuis la metrologie des masses jusqu’au fonctionnement des paliers, depuis les etats rectifies des surfaces mecaniques jusqu’au superpoli des surfaces optiques, la metrologie des surfaces joue un role essentiel dans le controle de composants mecaniques, optiques ou electroniques. Les proprietes d'une surface sont extraordinairement nombreuses et complexes. On cherche a les caracteriser par des parametres simples qui ne donneront bien evidemment jamais une representation complete de ces proprietes. C'est pourquoi l'experience est essentielle pour pouvoir deduire des observations la reponse a la question : la surface remplira-t-elle correctement ses fonctions ? Dans la plupart des normes qui traitent des surfaces, l' examen visuel et tactile est souvent le premier cite. Quoique qualitatif, il represente souvent une synthese de parametres difficilement quantifiables par d'autres moyens : texture, teinte, aspects en lumieres diverses, sensations mecaniques et thermiques. Comme pour un medecin qui sait voir dans une radiographie ou un scanner les elements qui lui permettront de determiner son diagnostic, l'experience seule permet a un ingenieur ou a un technicien de tirer des images directes ou indirectes mises a notre disposition par l'instrumentation moderne, les conclusions sur la conformite de la surface a un cahier des charges particulier. Nous analyserons dans cet article diverses methodes qui permettent de caracteriser les surfaces par leurs proprietes geometriques macroscopiques (forme : rectitude, planeite ou circularite), et microscopiques (rugosite). Nous decrirons quelques instruments permettant d'acceder a ces proprietes et nous en citerons d'autres comme les microscopes en champ proche ou les microscopes a force atomique. Nota : nous ne parlerons pas de toute une categorie d'analyses physico-chimiques des surfaces que l'on trouvera decrites en particulier dans le volume « Analyse et Caracterisation » : Microscopie optique ; Microscopies electroniques ; Microscopie ionique a effet de champ ; Analyse par emission ionique secondaire (SIMS) ; Spectroscopie des electrons Auger ; Spectroscopie de photo electrons : XPS ou ESCA et UPS. On trouvera ailleurs une description plus complete des microscopes a effet tunnel (Techniques de l'Ingenieur, [P 895]).