Les joints de grains sont des éléments majeurs constitutifs des matériaux cristallins qui jouent un rôle important dans de nombreuses propriétés de ces matériaux. Leurs structures et leurs comportements, étroitement liés, varient selon leurs paramètres : cristallographiques, physiques, chimiques. La mise en oeuvre de procédés nouveaux d’élaboration et de transformation permet de jouer sur la diversité des joints de grains dans un polycristal en vue d’améliorer ses propriétés. Cet enjeu majeur dans le développement de nouveaux matériaux et dans l’amélioration des matériaux traditionnels est qualifié d “Ingénierie des joints de grains“. Il doit être au coeur de la conception des objets industriels et devient encore plus indispensable quand leur vieillissement est une préoccupation majeure. C’est le cas, en particulier, dans le domaine du nucléaire.

Que peut-on attendre d’une meilleure connaissance des joints de grains ? Quels sont les espoirs et les limites d’une approche des matériaux qui prend en compte ces éléments de leur microstructure ?

Dans ce séminaire je ne prétends pas répondre de manière satisfaisante à ces questions, je rappelle simplement les bases théoriques sur les structures et les défauts des joints de grains qui expliquent les différences de comportements individuels sous une même sollicitation. J’évoque certaines de ces différences dans le domaine de la corrosion, de la fragilisation par les métaux liquides et de la résistance à la rupture … La plupart des exemples ne concernent pas les matériaux du nucléaire, dont l’expérimentation est lourde à mettre en oeuvre, mais les conclusions sont généralisables à tout matériau cristallin ; Quelques exemples de l’effet de l’irradiation sur certains joints de grains, issus d’expérience et/ou de simulations numériques*, sont également présentés.

Pour appréhender l’enjeu industriel, il est aussi nécessaire de se pencher sur les comportements collectifs des joints de grains ; je présente quelques résultats de ces études à l’échelle macroscopique ; c’est un domaine en plein essor, mais reste à renforcer ses liens avec les recherches aux échelles plus fines.

* Extrait de l’article d’Yves Bréchet sur "Les matériaux du nucléaire : quelques éléments de perspective"
"Quelque subtile et raffinée que soit une modélisation numérique, le juge de paix demeure la comparaison avec l’expérience, et la mère nourricière est l’ensemble d’expériences qui permet de fournir aux modèles les paramètres pertinents et leur valeur numérique."