Contexte :

En vue d’applications pratiques, un matériau énergétique doit présenter une stabilité suffisante, par exemple vis-à-vis d’une agression thermique et/ou mécanique. Au cours des dernières décennies, de très nombreux modèles théoriques ou purement empiriques ont été proposés pour interpréter et prévoir la sensibilité à l’impact de nouveaux composés. Les premiers reposent sur l’hypothèse que cette propriété dépend soit des toutes premières étapes de la décomposition chimique, soit de phénomènes préalables à celle-ci : pompage des phonons, transitions électroniques… Les seconds représentent les matériaux à l’aide de descripteurs moléculaires et appliquent des méthodes statistiques ou d’intelligence artificielle. Ces approches n’ont pas apporté de progrès significatifs par rapport aux corrélations sensibilité – bilan d’oxygène introduites dans les années 1960. Pour sa part, le CEA – Le Ripault a développé ces dernières années un modèle théorique attribuant un rôle essentiel à l’étape de propagation de la décomposition. Celui-ci permet pour la première fois d’expliquer les sensibilités relatives de très nombreux matériaux. Toutefois, il reste pour l’instant limité aux cristaux moléculaires, n’ayant pas encore été développé pour les sels énergétiques. De plus, il repose sur une connaissance précise des mécanismes de décomposition, ce qui limite sa fiabilité, notamment pour certains composés aromatiques : tétrazoles, furazanes, furoxanes…

Objectif de la thèse :

Afin de s’affranchir de ces limitations, il s’agit d’adapter le modèle en vue de calculer les sensibilités mesurées selon le protocole généralement utilisé dans les pays européens, puis de l’améliorer.

Déroulement de la thèse :

Le modèle sera amélioré en introduisant successivement :

• La prise en compte de l’enthalpie de formation du matériau ;
• Le développement de la base de données de réactions de décomposition, en s’appuyant sur l’expérience de l’Institut Saint-Louis dans le domaine de l’étude théorique de mécanismes réactionnels ;
• Éventuellement, d’autres améliorations pouvant s’avérer utiles.

Les paramètres du modèle seront alors recalés en tenant compte de ces informations plus précises et des nouvelles données expérimentales considérées. De plus, les connaissances acquises sur les mécanismes de décomposition seront exploitées non seulement en vue d’améliorer l’évaluation des sensibilités, mais également afin de mieux comprendre les sensibilités thermiques relatives de divers matériaux.

Le travail implique de se familiariser avec divers outils de modélisation, dont le langage Python et les bibliothèques scientifiques associées, de maîtriser l’utilisation des codes de chimie quantique pour déterminer et caractériser des mécanismes réactionnels. Le candidat devra maîtriser les notions élémentaires de physique/chimie et présenter un intérêt prononcé pour la modélisation moléculaire et l’utilisation d’outils informatiques : codes de calcul scientifique, langage de programmation… Cette thèse sera menée en collaboration avec l’ISL (Saint-Louis, Haut-Rhin).

Directeur de thèse et école doctorale :

Didier MATHIEU – ED Sciences de la Santé et de la Terre – Université François Rabelais (Tours)

Contact :

Didier MATHIEU – CEA/Le Ripault – BP 16 – 37260 Monts – 02 47 34 40 00