Cette thèse s’inscrit dans une démarche visant à établir une chaîne numérique complète reliant le procédé de dépôt, la morphologie microstructurale et les propriétés mécaniques des couches minces obtenues par dépôt physique en phase vapeur (PVD), en particulier lorsque le dépôt est réalisé en incidence oblique (OAD).
Le zirconium a été choisi comme matériau de référence et a été déposé sous différents angles afin de caractériser et valider expérimentalement les phénomènes observés. La démarche s’appuie sur trois niveaux de simulation complémentaires : SRIM pour la modélisation des interactions ions-matière, SIMTRA pour la simulation du transport et de la distribution des particules incidentes et Virtual Coater/NASCAM pour la reproduction de la croissance colonnaire et de la morphologie des couches minces.
Un algorithme de segmentation innovant, intégrant un processus de dépériodisation, a été développé afin d’identifier et de caractériser les colonnes issues de la croissance. Les analyses révèlent que 10 % des plus grandes colonnes concentrent à elles seules 90 % du volume du dépôt, confirmant l’influence majeure de l’effet d’ombrage dans la formation de la microstructure. Un protocole objectif de mesure d’angle de colonne a par ailleurs été mis au point pour assurer la reproductibilité des observations.
Afin de relier la morphologie à la réponse mécanique, une méthode robuste de maillage 3D a été développée, combinant les approches AlphaShape, Marching Cubes et lissage Humphrey.
Cette méthode a été validée à l’aide de critères topologiques et de simulations mécaniques réalisées sous Abaqus. Enfin, un modèle de nano-indentation a été établi afin d’explorer le comportement mécanique. Cette démarche ouvre la voie à une prédiction plus fiable des propriétés mécaniques des dépôts OAD.
Cette approche intégrée, associant modélisation multi-échelle, traitement d’image avancé et simulation mécanique, ouvre la voie à une meilleure compréhension et à une prédiction plus fiable des propriétés mécaniques des couches minces PVD, en particulier dans le cas des dépôts à incidence oblique.