Caractérisation de l’endommagement de matériaux énergétiques à l’échelle microstructurale

Contexte :

La sensibilité au choc des matériaux énergétiques (explosifs) est une propriété cruciale conditionnant leur sûreté. Les endommagements potentiels pendant leur cycle de vie influencent cette sensibilité. Il est donc primordial de comprendre les mécanismes responsables de la sensibilisation, notamment le rôle de la microstructure. Une première thèse, alliant expérimentations et simulations, a été réalisée en collaboration avec l’Institut de recherches de Saint-Louis (ISL) et le Centre de Morphologie Mathématique (CMM) de MINES ParisTech. Elle a permis de développer et valider des outils d’étude de la corrélation microstructure/sensibilité. Des échantillons d’explosifs, vierges ou endommagés par choc, ont été imagés par microtomographie à rayons X. L’analyse segmentée des images a révélé des évolutions notables de la microstructure. Les simulations numériques des champs de pression et de température montrent que des interactions mécaniques complexes ont lieu entre les grains et confirment que le comportement macroscopique du matériau est influencé par sa structure à l’échelle microscopique.

Objectif de la thèse :

L’objectif de la thèse est d’approfondir le lien entre la microstructure du matériau après endommagement et les mécanismes influençant la sensibilité.

Déroulement de la thèse :

Plusieurs explosifs seront soumis à des impacts. Un protocole précis sera élaboré pour contrôler les diverses phases de traitement des échantillons (fabrication, transport, analyse, etc.) Chaque échantillon sera imagé avant et après endommagement par microtomographie X. Des simulations numériques à l’échelle mésoscopique d’impacts équivalents permettront d’établir les champs de température et de pression au sein de la microstructure. Le choc de l’impact engendrant un déplacement important de la matière, le lien entre la microstructure initiale et l’état thermodynamique final du matériau n’est pas trivial. Des outils seront développés dans le but de :

1 – Faire correspondre la microstructure saine et endommagée d’un même échantillon (appariement des grains).
2 – Caractériser l’endommagement créé,
3 – Mesurer l’évolution des champs thermodynamiques obtenus par simulation en fonction de la microstructure.

On utilisera des méthodes issues de la morphologie mathématique pour explorer les relations entre microstructure, réponse sous choc et endommagement. Des outils d’apprentissage statistique seront utilisés pour établir des corrélations entre morphologie et sensibilité au choc. Prévoir environ 1,5 an au CMM et 1,5 an au CEA Gramat (et des participations éventuelles à des expérimentations à l’ISL).

DIRECTEUR DE THESE

Petr DOKLADAL
petr.dokladal@mines-paristech.fr

ECOLE DOCTORALE

ED 621
ISMME
60 boulevard Saint-Michel
75006 PARIS

ENCADRANT

Steve BELON
steve.belon@cea.fr

CENTRE

Gramat
BP 80200
46500 Gramat
Tél. : 05-65-10-54-32