Article

1 - PRINCIPE DE LA TECHNIQUE

  • 1.1 - Bases
  • 1.2 - Dispositifs particuliers utilisés au synchrotron

2 - EXEMPLES DE PROBLÈMES MATÉRIAUX TRAITÉS

  • 2.1 - Détection et quantification de l’endommagement à froid en vue de la prédiction de la rupture des matériaux
  • 2.2 - Détection et quantification de l’endommagement à chaud en vue de la prédiction de la rupture des matériaux
  • 2.3 - Transformation de phase

3 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : M4398 v1

Tomographie aux rayons X synchrotron appliquée à la science des matériaux

Auteur(s) : Eric MAIRE, Pierre LHUISSIER, Luc SALVO

Date de publication : 10 févr. 2016

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RÉSUMÉ

La tomographie aux rayons X donne accès de manière non destructive à une visualisation en 3D avec une résolution de l’ordre du micromètre de la distribution des phases dans un échantillon. Le couplage de la technique avec une sollicitation du matériau étudié permet de caractériser finement les interactions entre sollicitation et structure interne. Dans cet article, les différents éléments nécessaires à la tomographie aux rayons X sont présentés, puis quelques exemples d’apport de la tomographie in situ à des problématiques de science des matériaux sont décrits.

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ABSTRACT

Synchrotron X-ray tomography applied to materials science

X-ray tomography offers a non-destructive 3D view of the microstructure of materials (distribution of internal phases) with a resolution of the order of the micron. Coupling the technique with loading of the sample also permits a fine characterization of the deformation and transformation mechanisms at play. This article describes the technological components necessary for setting up an X-ray tomography device. It then gives several examples of experiments where in situ X-ray tomography has been used in recent years to solve materials science problems.

Auteur(s)

  • Eric MAIRE : Directeur de recherche du CNRS, Université de Lyon, - Laboratoire de Matériaux – Ingénierie et Sciences (MATEIS) – UMR CNRS 5510, INSA Lyon, Villeurbanne, France

  • Pierre LHUISSIER : Chargé de recherche du CNRS, - Laboratoire de Science et Ingénierie des Matériaux et de Procédés (SIMaP) – UMR CNRS 5266, Université Grenoble Alpes, Saint-Martin-d’Hères, France

  • Luc SALVO : Professeur des Universités de Grenoble INP, - Laboratoire de Science et Ingénierie des Matériaux et de Procédés (SIMaP) – UMR CNRS 5266, Université Grenoble Alpes, Saint-Martin-d’Hères, France

INTRODUCTION

La tomographie aux rayons X consiste, grâce à la combinaison de nombreuses radiographies prises sous des angles différents, en la reconstruction en trois dimensions de la distribution du coefficient d’absorption des rayons X. Ainsi, cette technique permet de générer un volume numérique de la distribution des différentes phases (au sens de leur composition chimique) présentes dans l’échantillon observé.

Dans le cadre de la science des matériaux, la tomographie permet de caractériser en 3D, avec une résolution spatiale de l’ordre du micromètre, la distribution, la morphologie (forme, taille…) et la topologie (connectivité, percolation…) des phases présentes. L’utilisation de cette technique simultanément à une sollicitation (thermique, mécanique, hydrique…) du matériau, que l’on nomme caractérisation in situ, donne accès à l’évolution de ces paramètres au cours de la sollicitation.

La richesse de l’information contenue dans ces images 3D, ainsi que l’aspect non destructif de la technique, font de la tomographie une méthode de caractérisation de choix dans un certain nombre de problématiques en science des matériaux. La tomographie in situ a, par exemple, fait ses preuves pour la caractérisation de l’endommagement, aussi bien pour des conditions de sollicitations à température ambiante qu’à chaud, ou pour le suivi de transformation de phases.

La tomographie aux rayons X est décrite dans ses grands principes dans l’article [P 950]. Le présent article présente les développements liés à l’utilisation du rayonnement synchrotron, qui ont permis des avancées notables récentes dans le domaine de la science des matériaux notamment. Certaines de ces avancées sont prises à titre d’exemples et décrites brièvement, les lecteurs intéressés pourront se rapporter aux publications citées.

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KEYWORDS

materials science   |   tomography   |   X-rays   |   X-ray tomography   |   in situ tests   |   damaging   |   solidification

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-m4398


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - FELDKAMP (L.A.), DAVIS (L.C.), KRESS (J.W.) -   Practical cone-beam algorithm.  -  J. Opt. Soc. Am., 1, n° 6, 612-619 (1984).

  • (2) - CLOETENS (P.), LUDWIG (W.), GUIGAY (J.P.), BARUCHEL (J.), SCHLENKER (M.), VAN DYCK (D.) -   Phase contrast tomography.  -  In : X-ray tomography in materials science. Baruchel, Buffière, Maire, Merle et Peix (éd.), p. 115-125, Hermès (2000).

  • (3) - CLOETENS (P.), PATEYRON-SALOME (M.), BUFFIERE (J.-Y.), PEIX (G.), BARUCHEL (J.), PEYRIN (F.), SCHLENKER (M.) -   Observation of microstructure and damage in materials by phase sensitive radiography and tomography.  -  J. Appl. Phys., 81, 9 (1997).

  • (4) - PAGANIN (D.), MAYO (S.C.), GUREYEV (T.E.), MILLER (P.R.), WILKINS (S.W.) -   Simultaneous phase and amplitude extraction from a single defocused image of a homogeneous object.  -  Journal of Microscopy, 206 : 33-40 (2002).

  • (5) - BELTRAN (M.A.), PAGANIN (D.M.), UESUGI (K.), KITCHEN (M.J.) -   2D and 3D X-ray phase retrieval of multi-material objects using a single defocus distance.  -  Opt. Express 18,...

1 Outils logiciels

Logiciel avizo 3D

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2 Annuaire

Conférence 3DMS organisé par TMS

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2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)

RX Solutions fabricant français de tomographes

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