Abstract FR:

Les microscopes à force atomique (AFM) et a force latérale (LFM) permettent de réaliser des images topographiques et en force de frottement de matériaux de nature très variée, avec des résolutions nanométriques. Cette thèse a deux objectifs. Le premier consiste à étendre les capacités de l'appareil à l'imagerie mécanique quantitative des raideurs du contact pointe/surface. Le second consiste à déterminer les propriétés élasto-plastiques d'une surface à partir des valeurs des raideurs du contact pointe/surface en utilisant les théories du contact élastiques ou plastique. Dans un premier temps, nous avons caractérisé les propriétés mécaniques et géométriques du microlevier AFM. La raideur en flexion du microlevier est déterminée à partir de sa fréquence de résonance. La courbure de l'extrémité de la pointe est extraite d'images topographiques réalisées sur une surface modèle. Dans un second temps, nous avons comparé et analyse les techniques de modulation de force (FM) directe et indirecte. Ces techniques permettent de mesurer de manière qualitative les propriétés mécaniques de la surface. Elles consistent à mesurer la variation d'indentation de la surface provoquée par une variation de la force normale. En utilisant un modèle bidimensionnel, nous montrons que le contraste dans les images FM est essentiellement dû à la force latérale appliquée sur la pointe. On peut néanmoins mesurer de manière approchée le module d'élasticité de la surface en utilisant des leviers de grandes raideurs, compte tenu de la nature élasto-plastique du contact. Dans un troisième temps, nous avons développé une méthode dynamique d'acquisition du signal LFM pour réaliser des images en frottement et des images en raideur latérale du contact. Apres avoir étalonné le signal LFM en terme de force latérale, nous pouvons obtenir une image quantitative en raideur latérale du contact pointe/surface. La quantification du module d'élasticité de la surface donne des résultats satisfaisants.