Academic literature on the topic 'Cristaux – Défauts – Simulation par ordinateur'

Nous présentons des résultats mathématiques obtenus pour un nouveau modèle de champ moyen dédié à la description d'électrons quantiques interagissant dans des cristaux comportant des défauts locaux. Ce modèle est dérivé du modèle dit de supercellule par un procédé de limite thermodynamique. ous travaillons avec un modèle de Hartree-Fock réduit, obtenu à partir du modèle de Kohn-Sham étendu en négligeant le terme d'échange-corrélation. Les modèles utilisés et les résultats obtenus sont présentés au chapitre 2 puis démontrés au chapitre 4. Les chapitres 3 et 5 sont consacrés à la simulation numérique de notre modèle. Notre approche consiste à mettre en œuvre une approximation variationnelle dans une base précalculée de fonctions de Wannier du cristal parfait de référence. Nous présentons quelques résultats numériques obtenus sur un modèle uni dimensionnel avec un potentiel d'interaction de Yukawa.

L'étude de la déformation plastique de l'olivine constitue un point important dans la compréhension de la dynamique interne de la Terre. Ce minéral se déforme essentiellement par glissement de dislocations de vecteurs de Burgers [100] et [001] et, pour la première fois dans le domaine de la minéralogie physique, nous avons abordé le problème en adoptant une approche numérique. A l' échelle atomique, la question importante de l' anisotropie plastique peut être éclairée par l'approche des fautes d'empilement généralisées, calculées par ab initio, qui permet de remonter à la limite d'élasticité théorique. Cette méthode a également permis d'expliquer l'influence de la pression sur les mécanismes de déformation de l'olivine, récemment mise en évidence expérimentalement. Le modèle de Peierls-Nabarro constitue une alternative à la modélisation directe des cœurs de dislocation. Grâce à ce dernier, l'étalement du cœur et les contraintes de Peierls des dislocations de vecteurs de Burgers [001] et [100] ont pu être déterminées. A l'échelle mésoscopique, nous avons adapté une simulation tridimensionnelle de la dynamique des dislocations à la structure de l'olivine pour modéliser la plasticité du monocristal. Le modèle de formation et propagation de doubles décrochements permet de décrire la mobilité des dislocations soumises à de la friction de réseau et son utilisation a mis en évidence un effet de la contrainte sur l'anisotropie plastique. Les dislocations ne constituent pas des obstacles forts entre elles (pas de formation de jonction, ni d'interactions colinéaires) et le glissement dévié apparaît comme étant un mécanisme manquant qu'il faudra étudier en détail dans le futur.

Ces travaux de recherche portent sur l'étude de stmctures guidantes à base de cristaux photoniques. Il s'agit de réseaux de trous d'air gravés dans une hétérostructure confinante de type InP/lnGaAsP/lnP. Notre contribution sur ce sujet regroupe des aspects numériques théoriques bi et tridimensionnels et des aspects de fabrication. Les cristaux photoniques ont un grand intérêt pour l'optique et les télécommunications, car ils permettent de manipuler la lumière -routage, (dé)multiplexage, filtrage - dans des dimensions restreintes. Par analogie avec le gap des semiconducteurs, la périodicité de ces matériaux génère l'ouverture d'une bande spectrale interdite pour les photons. Nous exploitons à la fois cette bande interdite pour réaliser des guides optiques ou des dispositifs de filtrage directionnels appelés « Add-drop », et les bandes permises du cristal pour l'étude de la réfraction négative dans ces milieux périodiques qui peuvent posséder un indice de réfraction négatif.

Les alliages de zirconium sont utilisés pour fabriquer des gaines de combustible ainsi que des assemblages combustibles des réacteurs nucléaires à eau sous pression. Sous irradiation, ils montrent un changement dimensionnel communément appelé croissance. Des observations expérimentales ont montré qu'au-dessus d'une dose seuil, ces alliages sont sujets à une croissance accélérée appelée "breakaway". Il a été bien établi que la formation sous irradiation de boucles de dislocation ‹a› et ‹c› est directement responsables de la croissance des alliages de zirconium sous irradiation et que l’apparition des boucles ‹c› est corrélée avec cette accélération de croissance. Cependant, les mécanismes de germination des boucles qui semblent influencés par la présence d’éléments d’alliage sont encore mal compris. Afin d'améliorer notre compréhension des mécanismes élémentaires, une approche multi-échelle a été utilisée pour simuler l'évolution de la microstructure du zirconium sous irradiation. Des calculs à l’échelle atomique basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et sur des potentiels empiriques sont utilisés dans un premier temps pour déterminer les propriétés des amas de défauts ponctuels (boucles de dislocation, cavités, pyramides de fautes d’empilement). Les résultats obtenus sont ensuite insérés en tant que paramètres d'entrée dans un code Monte Carlo cinétique d'objet (OKMC) qui nous permet de simuler l’évolution de la microstructure du matériau sous irradiation, et donc de prédire la croissance. Nos résultats montrent qu’il est nécessaire de considérer une migration anisotrope de la lacune pour prédire l’accélération de croissance
Zirconium alloys are used to manufacture fuel cladding as well as fuel assemblies of pressurized water nuclear reactors. Under irradiation, they show a dimensional change commonly called growth. Experimental observations have shown that above a threshold dose, these alloys are subject to accelerated growth called "breakaway". It has been well established that the irradiation formation of and dislocation loops is directly responsible for the growth of irradiated zirconium alloys and that the appearance of loops is correlated with this growth acceleration. However, the nucleation mechanisms of the loops that seem to be influenced by the presence of alloying elements are still poorly understood. In order to improve our understanding, a multi-scale modelling approach has been used to simulate the evolution of zirconium microstructure under irradiation. Atomic-scale calculations based on the density functional theory (DFT) and empirical potentials are used to determine the properties of clusters of point defects (dislocation loops, cavities, pyramids of stacking faults). The results obtained are then used as input parameters of an object kinetic Monte Carlo (OKMC) code which allows us to simulate the microstructure evolution of the material under irradiation. Our results show that it is necessary to consider an anisotropic migration of the vacancies to predict the growth acceleration

L'obtention d'un aspect realiste en synthese d'images necessite d'introduire des lois physiques dans les calculs de rendu, particulierement au niveau de la lumiere et de ses interactions locales avec les materiaux, ainsi qu'au niveau de la dependance de l'aspect des objets par rapport au temps. Les premiers travaux ayant concerne les interactions lumiere / matiere etaient fondes sur une approche empirique. Le manque de validite physique induit eliminait du meme coup les possibilites de simulation des echanges energetiques au sein d'une scene par exemple. Le concept d'illumination globale et les techniques de lancer de rayons ont donc ete developpes en parallele avec de nouveaux travaux permettant d'apprehender d'une maniere physiquement correcte la lumiere et ses interactions avec la matiere, notamment en introduisant des defauts (comme la rugosite) sur les surfaces. Les diverses methodes existantes, communement appelees brdf (fonctions de distribution bidirectionnelle de reflectance), tentent de simuler avec plus ou moins de precision ces interactions par des methodes analytiques, des simulations ou des methodes experimentales, laissant toutefois de cote un certain nombre de defauts de surface importants. Aussi, nous introduisons de nouveaux defauts de surface d'ordre structuraux comme la porosite (effet homogene sur l'aspect des objets) ou les rayures (effets localises). De plus, afin d'apporter une dependance temporelle aux aspects des objets synthetises, des defauts d'ordre physico-chimique doivent etre introduits en synthese d'images, particulierement lorsqu'ils impliquent un vieillissement des surfaces. Dans cette voie, nous introduisons la corrosion des metaux en synthese d'images par un modele specifique de rendu.

Cette thèse se situe dans le cadre de l'intelligence artificielle et plus particulièrement du raisonnement incertain et révisable. Il existe deux grandes classes de formalismes permettant de modéliser la connaissance. Ceux qui possèdent la propriété de monotonie et dans lesquels une formule déduite le sera toujours lors de l'ajout d'information, et ceux qui sont non-monotones et qui permettent un raisonnement révisable sur des informations incomplètes. Nous nous intéressons à un nouveau formalisme non-monotone, les X-logiques, définies à l'aide d'une logique classique et d'un ensemble de formules de cette logique. Nous montrons qu'il est possible de capturer différents formalismes non monotones, à l'aide des x-logiques, c'est-à-dire que pour un formalisme non monotone donné, il est possible de définir une X-logique qui infère les mêmes formules que celles inférées par le formalisme non monotone considéré. Une fois montré le caractère fédérateur des X-logiques, il devient alors possible d'étudier les formalismes non monotones en commençant par les traduire en une X-logique. L'intérêt de cette approche est qu'il devient alors envisageable d'étudier les logiques non monotones en utilisant les outils de démonstration automatique des logiques classiques. Cette approche est donc résolument orientée procédure de preuve. Nous montrons deux théorèmes de représentation sur les X-logiques dans le cas fini. Le premier, que nous appliquons au cas particulier de la circonscription, concerne les logiques préférentielles (définies sur une relation d'ordre entre les modèles). Le second porte sur la logique des défauts.

Cette thèse s'articule autour de la modélisation du procédé de refusion à l'arc sous vide (V AR) à l'aide du code de calcul SOLAR. Le premier objectif de l'étude concerne l'amélioration de la description de certains phénomènes physiques au cours de l'élaboration, afin d'étendre les applications du logiciel aux simulations de refusions d'aciers. L'évolution de la modélisation des phénomènes de transfert dans le lingot secondaire comprend trois améliorations principales: - la modélisation du transfert thermique latéral, afin de tenir compte du phénomène de retrait entre la paroi du lingot et la lingotière, de la possibilité d'y injecter un gaz neutre et du réchauffement de l'eau dans le circuit de refroidissement en fonction de son débit, - une amélioration de la modélisation de la turbulence, le modèle k-E simplifié initialement implémenté dans le code ne permettant pas de décrire correctement l'écoulement du métal liquide dans le puits, - une nouvelle méthode de simulation de la croissance du lingot, reposant sur une opération cyclique de scission puis de croissance/migration des volumes de contrôle, qui respecte l'aspect continu de la croissance du lingot secondaire et autorise un affinement du maillage près de la surface libre. Le modèle amélioré a pu être finalement validé par comparaison avec des résultats expérimentaux issus de quatre refusions réalisées sur site industriel. Le second objectif vise à caractériser la qualité des produits élaborés en termes de propreté inclusionnaire et de risque de présence de veines ségrégées. Pour décrire le comportement inclusionnaire dans le puits liquide, un modèle trajectographique adapté aux écoulements turbulents a été validé puis implémenté dans le code. Différents comportements de particules ont été mis en évidence. Une éttlde sur le risque d'apparition de freckles a permis de retenir un critère particulièrement bien adapté au procédé. Une généralisation de ce critère, proposée dans ce travail, permettrait d'indiquer l'orientation privilégiée de ces canaux de ségrégation
This thesis deals with the modelling of Vacuum Arc Remelting process (VAR) using the numerical software SOLAR. The first aim of the study is a better description of several physical phenomena which occur during melting, in order to extend the application of the software to simulate the remelting of steel. The evolution in the modelling of transport phenomena in the secondary ingot is based on three major improvements: - lateral thermal transfer modelling, in order to take into account the formation of a gap between the ingot and the mould walls, a possible injection of a neutral gas, and the heating of water in the coolant circuit, according to its flow, - a better turbulence model, since the k-E model implemented previously in the numerical code was not accurate enough to correctly descri~ the flow of the liquid metal in the pool, - a new method to simulate the ingot growth, based on a cyclic operation of splitting and growth/migration of control volumes, which reproduces the continuous growth of the secondary ingot and allows for the refinement of the mesh close to the free surface. Finally, the improved model has been validated by comparison with experimental results provided from four remeltings carried out on full-scale furnaces. The second objective is the characterization of the quality of the manufactured products in terms of inclusion cleanliness and risk of freckles segregated channel generation. Ln order to describe the behaviour of inclusions in the liquid pool, a trajectory model, adapted to account for turbulent flows, was validated and then implemented in the code. Various particle behaviours were distinguished. A study on the risk of freckles generation led to the establishment of a criterion particularly weIl adapted to the process. A generalization of this criterion, suggested in this work, would allow the prediction of the probable orientation of such segregated channels

En vue d'améliorer les prédictions des hétérogénéités chimiques observées sur les lingots d'acier en fin de solidification, une étude numérique tenant compte du mouvement et de la croissance-refusion des grains équiaxes a été réalisée. Après une étude bibliographique sur la formation des grains équiaxes, une approche diphasique a été utilisée pour décrire la croissance et la refusion des grains globulaires en mouvement dans le liquide. Cette étude numérique a été implémentée dans le code SOLID. Le mouvement des grains est décrit dans un premier temps avec l'hypothèse que ces derniers se déplacent à la même vitesse que la phase liquide. Les résultats obtenus ont montré l'influence du mouvement et de la croissance et refusion des grains, surtout dans les zones surchauffées. . . Ensuite, nous avons tenu compte du mouvement propre des grains. Dans ce cas, une fraction solide de cohérence au-delà de laquelle les grains sont immobiles a été introduite. Cette étude a montré que la macroségregation finale est fortement dépendante de cette fraction de cohérence ainsi que de la densité de flux de fragments. Enfin, nous avons montré qu'il est possible d'ajuster les données d'entrée du modèle pour obtenir une bonne cohérence entre les résultats numériques et expérimentaux
In order to improve the predictions ofheterogeneitiesof composition observed on steel ingots at the end of solidification, a numerical study which takes into account the movement and the growth of equiaxed grains has been realized. After a bibliographic part related to the formation of the equiaxed grains, a diphasic approach has been adopted to describe the growth and the remelting of globular grains moving in the liquid bulk. This numerical study was implemented in the computer code SOLill. The movement of the grains has been described in a first part with the assumption that the grains move at the same speed than that of the liquid phase. The results obtained. " showed the influence of the movement and growth-remelting of the grains on solidification, especially in the evolution of the superheated zones. Then, we have taken into account the own movement of the grains which differs from that of the liquid phase. Ln this case, a solid fraction of coherence beyond which grains are imposed to be fixed has been introduced. This study showed that the final macrosegregation is strongly dependent on this fraction of coherency and on the flux density of fragments. Finally, we have demonstrated that it was possible to adjust the input data of the model in order to get a good agreement between the numerical and the experimental results

Cette etude presente la simulation a l'echelle atomique de l'interaction entre une dislocation et l'interface coherente separant deux milieux de meme structure (cubique centree) et de modules elastiques differents, produisant donc une force image. On a choisi l'orientation vis de la dislocation a/2<111> qui controle la deformation a basse temperature et le maclage. Les interfaces sont suivant les deux plans importants de la structure en zone avec la ligne de dislocation, c'est-a-dire 110 et 112. Pour la relaxation (statique), les forces interatomiques sont decrites par deux potentiels representant le fer-alpha, un potentiel de paires devenu classique et un potentiel a n-corps de type finnis-sinclair. Par diverses analyses des deformations et contraintes locales, on s'est d'abord attache a caracteriser la structure de coeur de la dislocation dans le milieu homogene et sa reponse a l'application d'une contrainte. Dans le cas de faibles differences de modules elastiques, nous avons pu deduire la contrainte necessaire pour vaincre la force image en fonction de la distance a l'interface, a partir de calculs d'energie d'une bonne precision. Les valeurs de contrainte sont comparees au modele de pacheco et mura. Dans le cas de grandes differences de modules elastiques, a l'approche de l'interface, nous retrouvons la tendance des barrieres de peierls a augmenter dans le milieu de plus faible module elastique et au contraire a se reduire dans l'autre milieu. Dans le second milieu, cet effet se traduit par l'apparition d'une macle dont la nucleation est facilitee par la concentration de contrainte en tete de la dislocation, hypothese confirmee a l'aide d'un empilement de dislocations. Cette etude est completee par la consideration de l'interaction joint de macle-dislocation dans le fer-alpha et a la verification du modele de propagation de macle qui opere a l'aide du double glissement devie des partielles en tete de macle (pirouz 1987 et lagerlof 1993).