Diagrammes d'équilibre - Alliages ternaires et multiconstitués

Dans l’article , consacré aux diagrammes de phases binaires, on a donné la définition des diagrammes de phases et montré que l’existence même de ces diagrammes était conforme aux prévisions de la thermodynamique chimique selon les théories de Gibbs. Le lecteur de cet article est invité à se reporter préalablement à l’article Alliages binaires avant d’aborder ce texte qui en constitue une suite logique.

Dans le cas des alliages binaires, il suffisait d’une seule variable de composition pour définir la composition chimique de l’alliage, avec cette variable en abscisse et la variable température en ordonnée, on pouvait obtenir une représentation graphique plane de l’équilibre de l’alliage. Dans les systèmes multiconstitués, le nombre de variables de compositions est supérieur à un. Les diagrammes de phases ternaires occupent ainsi un espace à trois dimensions ; à partir des systèmes quaternaires et au-delà, les diagrammes occupent des hyperespaces à plus de trois dimensions. Les systèmes ternaires sont donc les plus complexes qui puissent encore être représentés en leur totalité dans l’espace. Cette représentation tridimensionnelle présente un intérêt didactique pour comprendre qualitativement des évolutions d’alliages, par exemple les chemins de solidification, mais elle trouve très vite ses limites car elle n’est jamais quantitative et, par ailleurs, certains lecteurs éprouvent des difficultés à « lire dans l’espace ». Dans la première moitié du XX ^e siècle, on a fait un usage assez important de ces représentations spatiales et certains spécialistes étaient passés maîtres dans ce graphisme devenu quelque peu ésotérique. Aujourd’hui, la tendance est plutôt d’abandonner les perspectives cavalières et de bloquer un nombre suffisant de variables (ou d’imposer des conditions particulières), pour se ramener dans tous les cas à des représentations planes. On renonce donc à la vision globale du système, qui en toute hypothèse serait impossible au-delà de trois éléments. La possibilité de modéliser des équilibres multiconstitués à l’aide de logiciels thermodynamiques appropriés permet de travailler dans les hyperespaces contenant un nombre quelconque de variables et d’en extraire certaines représentations planes.