Contexte :

La déformation irréversible des métaux est essentiellement due au déplacement de défauts linéaires du cristal appelés dislocations. Lorsque la densité de dislocations augmente, les interactions entre dislocations réduisent leur mobilité, entrainant une augmentation de la résistance du métal (augmentation de la limite d’écoulement). Un choc intense sur un métal cristallin induit une très forte densité de dislocations. Cette microstructure n’est toutefois pas stable : les dislocations interagissent (notamment par annihilation de dislocations) ce qui dans ce cas peut conduire à une diminution de la densité de dislocations. La prévision de la microstructure post-choc, de son évolution temporelle et donc de la limite d’écoulement est le cadre général de cette thèse. Cette étude s’insère dans le cadre, plus général, d’une modélisation multiéchelle, dont le but est de définir, via des simulations numériques de l’atome au polycristal, une loi de comportement des métaux sous très hautes pressions.

Objectif de la thèse :

Le but de cette thèse est d’analyser la microstructure produite par le choc, afin d’en extraire les lignes de dislocations. Le temps caractéristique associé à la création de dislocations sous choc (de l’ordre de 10 ps) est très court comparé au temps de relaxation de la microstructure (de l’ordre de la μs). Nous proposons de traiter la création de la microstructure par simulation de dynamique moléculaire, très bien adaptée à la modélisation d’une onde de choc pour ces échelles de temps et d’espace (voir figure, à gauche).

A gauche, déformations laissées par les dislocations après le passage d’une onde choc (bandes claires) lors d’une simulation de dynamique moléculaire (10 millions d’atomes). A droite, modélisation par dynamique des dislocations de la déformation plastique dans un cube de 10μm au cube

Déroulement de la thèse :

Une première phase consistera à analyser la microstructure produite en termes d’histogrammes de systèmes de glissement activés, de caractère de dislocation, de jonction, etc. Cette phase implique l’utilisation (et dans une moindre mesure la modification) d’un code de dynamique moléculaire (STAMP, voir figure de gauche), utilisable sur calculateur massivement parallèle pour produire les microstructures sous très hautes vitesses de déformation. Un code dédié à l’extraction des dislocations dans les simulations de dynamique moléculaire (OVITO) sera également utilisé.
Une deuxième phase consistera à reproduire une microstructure équivalente (mêmes histogrammes) par l’utilisation d’un code de dynamique de dislocation (MobiDiC, voir figure de droite). Une attention particulière sera portée à la définition de la loi de vitesse de dislocation, que l’on pourra extraire des simulations de dynamique moléculaire.
Lors d’une troisième phase, l’évolution (aux temps courts) de la structure de dislocations sera comparée entre dynamique moléculaire et dynamique des dislocations.

Directeur de thèse et école doctorale

Pas encore définis à ce jour

Contact :

Christophe DENOUAL – CEA/DIF – Bruyères-le-Châtel – 91297 Arpajon – 01 69 26 40 00