Contexte :

Le débouché d’un choc sur la surface libre d’un matériau se caractérise par l’apparition de deux phénomènes principaux qu’il convient de bien appréhender : le micro-jetting et le micro-écaillage. En effet, ces deux phénomènes contribuent à l’éjection de particules très véloces dans le milieu environnant qui peuvent fortement influer sur le fonctionnement de systèmes complexes comme les cibles des lasers de puissance mais également perturber les systèmes de mesure associés à une expérience. Le micro-jetting est lié à la présence de défauts de surface comme, par exemple, une rayure : la réflexion du choc incident sur ces défauts donne naissance au développement d’instabilités de type Richtmyer-Meshkov qui finissent par se briser en petits fragments qui se dispersent dans le milieu ambiant. Le micro-écaillage, quant à lui, est lié à la mise en tension et à la fracturation au sein même du matériau après la réflexion du choc incident. Bien que théoriquement distincts, ces deux phénomènes sont en fait indissociables car le micro-jetting induit nécessairement du micro-écaillage.
Grâce à la combinaison d’expériences et de simulations allant de l’atome à la mécanique des milieux continus, la phénoménologie générale du micro-jetting et du micro-écaillage est assez bien comprise dans le cas le plus simple : celui d’un matériau parfaitement liquide. Mais il s’agit là d’un cas idéal, la fusion sous choc n’étant jamais parfaite et ce, particulièrement dans le cas de matériaux présentant des cinétiques de changement de phases lentes par rapport à la durée caractéristique des processus d’éjection.

Objectif de la thèse :

Le but de cette thèse est donc de franchir une étape importante en intégrant dans la compréhension et dans la description théorique de l’éjection la présence de régions imparfaitement fondues. Ce travail combinera des simulations de dynamique moléculaire classique et de mécanique des milieux continus qui, après validation sur des expériences réalisées au laboratoire, serviront de base à une formulation théorique des processus ainsi observés.

Déroulement de la thèse :

Le travail s’effectuera au sein d’une équipe possédant une solide expérience tant dans le domaine de la simulation que de l’expérimentation. Les codes de calculs qui seront utilisés sont extrêmement performants et parfaitement adaptés aux supercalculateurs de nouvelles générations sur lesquels seront réalisées les simulations. Ces supercalculateurs sont parmi les plus puissants d’Europe et permettent de simuler et de traiter des systèmes contenant plusieurs centaines de millions d’atomes ou de mailles. Le matériau retenu est l’étain car il peut adopter des phases cristallographiques très variées selon les conditions thermodynamiques ; il est de plus relativement simple à expérimenter et bien maîtrisé du point de vue du calcul.

Directeur de thèse et école doctorale

François JOLLET – ED Physique et Chimie des Matériaux – ED 397 – Université Pierre et Marie Curie (UPMC)

Contact :

Olivier DURAND – CEA/DIF – Bruyères-le-Châtel – 91297 Arpajon – 01 69 26 40 00