En médecine, l’époque où les dents se faisaient extraire à l’aide des pinces et où les opérations chirurgicales se faisaient sans anesthésie est résolu. Depuis des années, beaucoup de recherches ont été effectué et de diverses techniques et divers matériels ont été mis au point. Ce qui a permis de diagnostiquer avec plus d’efficacité des maladies difficilement décelables (comme le SIDA, les cancers,…) avec les techniques et appareils classiques. En particulier dans le domaine de la chirurgie, grâce à l’invention de matériel sophistiqué à base d’électronique, les médecins peuvent maintenant opérer avec précision sans risque d’erreur. De même, la découverte du scanner a permis de déceler les maladies qui peuvent affecter le cerveau de l’homme.

Mais bien que la technologie se développe très rapidement en médecine depuis que l’électronique y est intégrée, l’on constate néanmoins que l’utilisation des appareils sophistiqués n’est pas sans risque. D’où la continuation des recherches pour mieux éliminer ou du moins diminuer ces risques. A ce titre, en ce qui concerne particulièrement les maladies qui peuvent affecter l’os humain, les fractures et les fissures, la technologie actuelle qui est la radiographie utilise les rayons X. Mais une perspective nouvelle peut être envisagée pour la détection des fissures de l’os humain, même les plus minimes (microfissures) utilisant des ondes dans la bande ultrason. C’est pourquoi nous avons travaillé sur ce mémoire d’Ingénieur intitulé « Conception d’un Fissuromètre à Ultrasons ».

GENERALITES SUR LES SOLIDES 

La fissure est un défaut dans un matériau solide caractérisé par une discontinuité brutale, où la matière est séparée sur une certaine surface. Elle entraîne une grande concentration de contrainte à son fond. Elle se propage sous l’effet de contraintes suffisantes (critère de Griffith) .

Elle est essentiellement, en pratique, le facteur limitant la résistance mécanique des matériaux fragiles tels que les verres et les céramiques.

En géologie, la lave jaillit sur la tête du volcan est appelée fissure volcanique. Pour la médecine, la fissure anale est une ulcération superficielle en forme de raquette (bord externe élargi) qui suit les plis radiaires de la muqueuse. Elle touche plus souvent la jeune femme. C’est une affection douloureuse de la marge anale.

Dans le sens figuré, en parlant de solution de continuité la fissure peut être représentée comme lacune dans les idées.

La fissure est donc :
• Une petite fente ;
• Une coupure qui sépare des assises de même nature ;
• Une fente correspondant à une fracture sans rejet vertical ;
• Une petite fêlure de l’ordre du centimètre ;
• Une fente rocheuse qui ne permet pas le passage d’un corps mais sert de prise ou de points d’assurage ;
• Une interruption de structure dans l’espace ou dans le temps .

Avant d’entamer l’étude des fissures, voyons d’abord la structure des solides.

Structure des solides

Composition des matériaux

Définition

La matière est constituée d’une multitude de particules dites élémentaires (comme les électrons, les protons, les neutrinos, les quarks, et autres). Ces particules interagissent entre elles et certaines s’associent pour former des atomes. Les atomes peuvent aussi s’assembler pour former des molécules, qui peuvent s’associer à leur tour en macromolécules et autres, le tout constituant la matière. D’après Démocrite , « la matière est constituée d’une multitude de petits corps invisibles, indivisibles et éternels : les atomes » .

Cohésion dans la matière

Les éléments qui constituent (atomes, molécules) les états des matières sont liés entre eux par de puissantes forces appelées forces de cohésion. La cohésion dans la matière est l’ensemble des forces d’interaction qui lient entre eux les atomes ou molécules d’un corps. La cohésion diffère de l’adhérence, qui est une interaction entre les surfaces de corps différents.

Les forces à l’origine de la cohésion des corps sont de quatre types. Dans le cas des matériaux atomiques, les atomes peuvent établir des liaisons covalentes, ioniques ou métalliques. Les matériaux moléculaires, quant à eux, assurent leur cohésion par des forces électrostatiques faibles, appelées forces de Van Der Waals. Les liaisons établies entre les atomes ou les molécules d’un corps sont caractérisées par une énergie de liaison égale à l’énergie qu’il faut fournir pour détruire cette liaison. Plus cette énergie est élevée, plus la liaison est forte et la cohésion importante .

Pour la matière, il existe deux types d’états solides :
– l’état amorphe : arrangement aléatoire des atomes
– l’état cristallin : arrangement symétrique et périodique des atomes .

C’est l’état cristallin qui nous intéresse du fait de son arrangement facile à manipuler et très utilisé pour la fabrication des semiconducteurs.

Réseau cristallin

La structure cristalline comprend quatre types :
– Cristaux ioniques
– Cristaux covalents
– Métaux
– Cristaux moléculaires .

Cristaux ioniques
C’est l’association d’un élément électronégatif (7 électrons périphérique comme le Cl, Br) et d’un élément électropositif (avec un électron périphérique : Li, Na et autres). L’élément électropositif cède facilement un électron et devenu un ion positif avec une configuration électronique stable. L’élément électronégatif accepte facilement un huitième électron et devenu un ion négatif ayant une configuration électronique stable.

Cristaux covalents
Ils sont construits avec des éléments de la colonne IV du tableau périodique (Si, Ge). Ces éléments ont quatre électrons périphériques qu’ils mettent en commun avec quatre voisins pour établir des liaisons covalentes. Les électrons de valence sont liés mais leur énergie de liaison est beaucoup plus faible que dans les cristaux ioniques. Cette énergie de liaison est importante dans le carbone diamant, ce qui en fait un isolant, elle est nulle dans l’étain, ce qui en fait un conducteur. Dans le silicium et le germanium cette énergie a une valeur intermédiaire qui fait de ces matériaux des semiconducteurs.

Métaux
Les métaux sont construits avec des éléments électropositifs, c’est-à-dire ayant un seul électron périphérique. Cet électron périphérique qui est très conducteur est libéré dans la réalisation du cristal. Les liaisons atomiques sont plus faibles que dans les cristaux ioniques ou covalents, ces matériaux étant moins durs et fondent à une tension relativement basse. On distingue les métaux alcalins Li, Na, K, Cs et les métaux nobles Cu, Ag, Au.

Cristaux moléculaires
Les cristaux moléculaires, comme leur nom l’indique, sont bâtis sur une unité de base qui n’est plus l’atome mais la molécule. Les forces de liaison sont grandes à l’intérieur de la molécule mais du type Van Der Waals entre molécules et par conséquent faibles. Ces matériaux sont peu résistants et fondent à basse température.

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