Sujet :

Développement d’outils de morphologie mathématique adaptés à l’analyse de champs thermodynamiques obtenus par simulation numérique de microstructures de matériaux granulaires

Contexte :

La sensibilité au choc des matériaux énergétiques (explosifs) est une propriété cruciale liée à leur sûreté. Des études préliminaires expérimentales et de simulation ont été menées dans le cadre d’une thèse en collaboration avec l’Institut Franco-Allemand de Recherches de Saint-Louis (ISL) et MINES ParisTech PSL.
Plus particulièrement, des essais expérimentaux (menés à l’ISL) sur différents matériaux ont permis d’obtenir des valeurs précises de niveau de choc initiant une réaction. Des échantillons de ces matériaux ont été imagés au CEA Gramat par microtomographie à rayons X et les images ont été segmentées par un logiciel propriétaire (développé par MINES ParisTech). L’analyse de ces images a révélé des différences géométriques à l’échelle de la microstructure de ces matériaux granulaires. Afin de comprendre ces différences et leur influence sur le comportement macroscopique du matériau, des simulations numériques sous différents types de sollicitations ont été réalisées en collaboration avec MINES ParisTech PSL. Plus particulièrement, des simulations sous chargement en pression hydrostatique et sous impact ont été réalisées.
Les champs statiques et spatio-temporels de la pression et de la température obtenus illustrent que des interactions mécaniques complexes ont lieu entre les grains et confirment que le comportement macroscopique des matériaux est influencé par sa structure à l’échelle microscopique.
Ces interactions mécaniques entre grains ne sont pas encore précisément comprises. Elles dépendent non seulement de la forme géométrique des grains, mais aussi de leurs contacts et positions mutuelles ainsi que des imperfections cristallines.

Objectif :

L’objectif de ce post-doctorat sera d’établir les liens entre les propriétés géométriques locales et les valeurs des champs obtenus par simulations. Cet objectif nécessite notamment le développement d’outils de morphologie mathématique adaptés à l’analyse de champs thermodynamiques obtenus par simulation des matériaux à l’échelle mésoscopique. On pourra également s’appuyer sur des méthodes d’apprentissage automatique afin d’établir des corrélations entre structures et propriétés. Ces outils complèteront ceux développés dans le cadre de la thèse précitée et dédiés à la caractérisation de la microstructure des matériaux. Cette étude repose à la fois sur des images des matériaux réels obtenues par tomographie à rayons X et dont les seuils de sensibilité sont connus, mais également sur des matériaux virtuels afin de décorréler les interactions multifactorielles. Les compétences requises pour candidater sont : une thèse de doctorat, compétences en simulations numériques, compétences en analyse d’images. Il est attendu que des compétences solides et confirmées seront acquises dans ces domaines au travers de la réalisation de ce post-doctorat. Une ou plusieurs publications sont attendues à l’issue de ces travaux.

Contact :

BELON Steve
CEA/Gramat – BP 80200 – 46500 GRAMAT
Tél. : 05.65.10.54.32 – steve.belon@cea.fr