Contexte :

Ce sujet de thèse s’inscrit dans le cadre des études actuellement menées au CEA/DAM sur la modélisation physique de l’endommagement et de la rupture sous choc des matériaux ductiles. Le micro-écaillage est un mode d’endommagement des matériaux soumis à une onde de choc de forte intensité pouvant conduire à la fusion partielle ou totale. Les sollicitations étudiées sont caractérisées par de hautes pressions dynamiques (10 à 100 GPa), de fortes vitesses de déformation (104-108 s-1) et des vitesses matérielles de plusieurs milliers de m/s. Les durées caractéristiques sont de l’ordre de quelques nanosecondes à quelques microsecondes. Un tel chargement est rencontré lors d’impact, par exemple dû à la collision de débris spatiaux ou de météorites sur une structure spatiale.
Dans le cas où un matériau est soumis à une onde de choc non soutenue, c’est-à-dire de forme triangulaire, suffisamment intense pour provoquer sa fusion, le développement de l’endommagement a lieu dans un milieu à l’état liquide. Il en résulte un processus de fragmentation complète du matériau considéré et la création d’un nuage de gouttelettes denses. Ce processus d’endommagement est appelé le micro-écaillage.

Objectif de la thèse :

Bien qu’il soit une composante importante de l’endommagement sous choc, le micro-écaillage n’a fait l’objet que de peu de travaux ayant pour but sa modélisation ou son observation expérimentale à cause des difficultés à caractériser les processus intimes qui pilotent ce phénomène. L’accroissement continu de la puissance de calcul et les progrès constants de la technologie de mesure permettent aujourd’hui de l’aborder avec une précision inédite. Une première version de modèle, notée V0, a permis quelques progrès substantielles. L’objet de la thèse proposée est donc d’approfondir ce premier travail de modélisation en prenant en compte une physique plus riche et plus proche des observations expérimentales mais restant compatible avec les contraintes informatiques et numériques des codes de production

Déroulement de la thèse :

Le candidat s’appuiera sur une démarche originale partant des échelles microscopiques pour élaborer une modélisation à l’échelle macroscopique. Dans un premier temps, on s’intéressera aux échelles microscopiques (germination et croissance des bulles) afin d’exhiber les phénomènes prépondérants à intégrer à la modélisation finale. Les conclusions de cette première phase viendront alimenter la construction d’une modélisation approfondie du micro-écaillage qui aura lieu dans un second temps. La modélisation ainsi obtenue sera intégrée aux codes de production afin d’être confrontée aux expériences existantes ou à concevoir mettant en jeu des processus de micro-écaillage.
Les moyens mis en jeu seront la dynamique moléculaire classique à grande échelle, utilisant un code parmi les plus performants qui soit, la modélisation théorique à partir s’appuyant sur les résultats de la simulation, et enfin un code hydrodynamique pour la confrontation aux expériences. Le candidat participera également à la définition et à l’exploitation d’expériences de choc laser ad hoc pour valider par partie le modèle proposé.

Directeur de thèse et école doctorale

Pas encore définis à ce jour

Contact :

Laurent Soulard – CEA/DIF – Bruyères-le-Châtel – 91297 Arpajon – 01 69 26 40 00