Topographie à l'échelle micrométrique d'un cadran de montre - PO3D

La fabrication des premiers mécanismes horlogers utilisant des ressorts s'établit au XVI^e siècle. Avec elle se développe la précision, l'automatisme, le travail minutieux des métaux, qui influenceront ensuite d'autres activités stratégiques, en particulier la marine, et toutes les industries mécanisées. L'horlogerie nécessite de la précision et un sens aiguisé du détail.

L'industrie de l'horlogerie continue d'innover, en recherche perpétuelle d'amélioration sur des mécanismes de plus en plus miniaturisés.

Dans les années 1970, une fréquence d'oscillation optimale (32 768 Hertz) pour un mouvement à quartz se met en place ; elle représente encore aujourd'hui un standard universel. L'"Echappement Constant" peut aussi être cité, lancé en 2008 il repose sur une lame en silicium aussi fine qu'un cheveu qui améliore la précision du mouvement dans le temps. Pour tous ces développements de pointe, des techniques de caractérisation ultra précises sont plébiscitées.

Les analyses en PO3D donnent accès à une représentation 3D à l'échelle micrométrique de la surface d'un échantillon, ainsi qu'à ses paramètres de rugosité.

La profilométrie optique (microscopie confocale/interférométrique) est une méthode d'imagerie sans contact permettant d'observer et de caractériser la topographie des surfaces sur des

gammes de mesures allant de quelques dizaines de µm² à quelques mm², avec une résolution latérale de l'ordre de 200 nm et une résolution verticale allant du nanomètre à plusieurs dizaines de µm.

La profilométrie optique en mode confocal, basée sur la réflexion d’un signal lumineux sur une surface, permet d’observer la topographie sur tout type d’échantillon (plat ou très rugueux avec des pentes allant jusqu’à 70 %).

La profilométrie optique en mode confocal permet de réaliser des images de très faible profondeur de champ ou « sections optiques ». En positionnant le plan focal de l’objectif à différents niveaux de profondeur sous la surface de l’échantillon et en éliminant la lumière provenant des points hors focus, il est possible de réaliser des séries d’images à partir desquelles une représentation tridimensionnelle de l’objet est reconstruite.

TESCAN ANALYTICS possède une expertise reconnue dans l'utilisation de la profilométrie PO3D sur tous types de matériaux. Notre équipe d'experts travaille avec l'ensemble des secteurs industriels pour trouver des solutions à leurs problématiques liées au développement de leurs innovations.

Figure 1 : (a) Image PO3D d'un cadran de montre réalisée avec l'objectif 5X (surface de 2,5 x 1,9 mm²) (b) Profil de rugosité 

La figure 1 présente la morphologie globale de la zone d'intérêt avec l’objectif 5X. Deux observations principales peuvent être faites :
- larges plages millimétriques donnant un profil en « dents de scie »
- sillons répartis de manière homogène sur les différentes plages

Figure 2 : (a) Image PO3D d'un cadran de montre réalisée avec l'objectif 20X (surface 450 x 600 µm²) (b) Profil de rugosité

La figure 2 montre une image prise avec l’objectif 20X et le profil associé, perpendiculaire aux sillons. Les motifs des sillons se répétent avec une fréquence de 6 à 7 stries.

Figure 3 : (a) Image PO3D d'un cadran de montre réalisée avec l'objectif 50X (200 x 250 µm²) (b) Profil de rugosité

La figure 3 montre une image prise avec l’objectif 50X et un profil associé. Les sillons sont observés plus finement. Le profil qui est perpendiculaire aux sillons confirme que ces derniers sont constitués de 3 stries de faible hauteur, suivies de 3 stries de hauteur plus importante.

Il est possible d'aller jusqu'à un objectif 100X, pour chacun de ces grossissements la PO3D fournit les paramètres de rugosité associés.

Dans cet exemple, il a été démontré que la profilométrie PO3D  est un outil de microscopie sans contact optimale pour l'observation de la topographie, des profils de rugosité et l'obtention des paramètres Ra et Rq (Sa et Sq).

La PO3D permet d'observer et de caractériser la topographie de surface sur des zones de quelques dizaines de µm² à quelques mm², avec une résolution latérale de 200 nm et des résolutions en hauteur pouvant être du nm.

Pour plus d'applications d'analyse par PO3D ou par nos autres techniques analytiques et microscopie, cliquez ici.

D'autres techniques complémentaires peuvent être utilisées pour étudier la topographie telles que l'AFM. Les phénomènes de ‘nano-triologie’ rencontrés dans l'horlogerie mécanique peuvent quant à eux nécessiter des analyses par ToF-SIMS ou par TEM.