Houssam Kharouji : Modélisation micromécanique des défauts cristallins informée par simulation atomistique

Jury

• Vincent Taupin (Université de Lorraine, directeur)
• Julien Guénolé (Université de Lorraine, co-directeur)
• Samuel Forest (Mines Paris – PSL, (rapporteur)
• Manas V. Upadhyay (École Polytechnique de Paris, rapporteur)
• Lucile Dezerald (Université de Lorraine, examinatrice)
• Anne Tanguy (INSA Lyon, examinatrice)
• Sandrine Thuillier (Université Bretagne Sud, examinatrice)
• Stéphane Berbenni (Université de Lorraine, examinateur)

Mots clés : Multiéchelle, atomistique, continu, mécanique des champs de dislocations, joints de grains, dislocations, tenseur de Nye, énergie de cœur, longueurs internes

Abstract

Cette thèse propose un cadre multi-échelles pour modéliser de manière continue les structures de cœur des défauts cristallins, tels que les dislocations et les joints de grains, ainsi que leurs interactions élastiques et les énergies de cœur associées, en combinant des approches atomistiques et de mécanique des milieux continus. L’idée centrale de cette étude est de transformer les structures atomiques de cœurs des défauts en champs continus de densités de dislocations, tout en préservant les détails atomistiques essentiels. L’approche développée repose sur un modèle micromécanique récent basé sur la mécanique des champs de dislocations qui utilise le tenseur de densité de dislocation de Nye, dérivé des données atomistiques, pour modéliser les champs mécaniques à courte et longue
portée associés à ces défauts. La méthode a été appliquée avec succès à des dislocations vis compactes dans le tungstène, issues de simulations ab initio, ainsi que sur des joints de grains dans le cuivre, simulés par statique moléculaire. Cette approche s’est révélée capable de reproduire remarquablement les vecteurs de Burgers et les champs mécaniques des défaut, démontrant l’absence de perte significative d’information au niveau des cœurs
des défauts. Il a été possible de reproduire des joints de grains de tout angle de désorientation en utilisant une densité équivalente de dislocations, tout en capturant les champs élastiques continus. Par ailleurs, cette étude a permis d’intégrer les champs élastiques et les densités de dislocations dans des fonctionnelles énergétiques basées sur le tenseur de Nye, typiquement utilisées au sein de modèles de plasticité à gradient, afin d’évaluer leur contribution respective à l’énergie totale des joints de grains. Nous avons ainsi analysé et discuté les formes de fonctionnelles pertinentes pour ces modèles énergétiques, en explorant l’origine physique du paramètre de longueur interne inhérent à ces fonctionnelles, et sa dépendance aux types de joints de grains, aux structures atomistiques, et à l’échelle de résolution spatiale. Cette formulation nous a permis d’établir des corrélations entre les structures atomiques des joints de grains et les énergies de cœur, apportant des perspectives nouvelles pour la compréhension et la modélisation des défauts cristallins dans les matériaux polycristallins.

En visioconférence

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