Rozprawy doktorskie: „Méthode champ de phase”

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Mellenthin, Jesper. "Modélisation de la solidification de matériaux polycristallins par la méthode du champ de phase". Palaiseau, Ecole polytechnique, 2007. http://www.theses.fr/2007EPXX0036.

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Streszczenie:

The phase-field method has become in recent years the method of choice to model microstructural pattern formation during solidification. For monocrystals, quantitative agreement with experiments and analytical solutions has been obtained. The modeling of polycrystals, which consist of many grains of the same thermodynamic phase, but different orientations of the crystalline lattice, is far less advanced. Two types of models have been proposed: multi-phase-field models use a separate phase field for each grain, and orientation-field models use a small number of fields, but have non-analytical terms in their free energy functional. This work examines various aspects of phase-field modeling of polycrystals and is divided in three parts. In the first, a new possibility of describing the local orientation is explored, using a tensorial order parameter which represents automatically the local symmetry of the system. This approach is tested by developing a phase-field model for the nematic-isotropic phase transition in liquid crystals. The model is applied to simulate the directional ''solidification'' of a liquid crystal. The effect of the coupling between nematic orientation and the interface shape is investigated. The simulation results for the stability of a planar interface agree well with a generalized stability analysis, which takes into account a new anchoring condition at the interface: the nematic orientation at the interface is the result of the interplay between bulk deformation and interface anisotropy. The shape and stability of well-developed cells is also influenced by this effect. Numerically, the use of a tensorial order parameter simplifies the treatment of the symmetries in the system significantly, while the equations of motions become considerably more complicated. In the second part, grain boundaries are investigated on a smaller length scale, using a phase field crystal model, where elastic properties and dislocations appear naturally. With this model, the local order in interfaces is examined and the stability of liquid films between two solid grains is studied below the melting point. This situation can be described by an interaction potential between the two solid-liquid interfaces, which is extracted numerically. The results are compared with a phenomenological model which is found to hold for high-angle grain boundaries, where the dislocations overlap. For low-angle grain boundaries, premelting around dislocation as well as a symmetry breaking (dislocations form pairs) is observed. As a result, the interaction potential becomes nonmonotonous, and consists of a long-range attraction and a short-range repulsion. In the third part, a new phase-field model is developed using an angle variable to describe the crystalline orientation. Contrary to the already existing models, the free energy is constructed without a term proportional to the modulus of the gradient of the orientation field. Instead, the standard squared gradient is used, but it is coupled to the phase field with a singular coupling function. Various benchmark simulations are carried out to test the model. It is found that it presents several artifacts such as spurious grain rotation and interface motion; however, these effects are extremely small, such that the model yields satisfactory results unless the undercooling is very small. Finally, the observed problems are analyzed and ways of obtaining a better description of the dynamics of the angle field are discussed.

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Mellenthin, Jesper. "Modélisation de la croissance de matériaux polycristallins par la méthode du champ de phase". Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2007. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00003136.

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La méthode d'élimination sur le terrain est devenu ces dernières années la méthode de choix pour modéliser la formation des motifs de la microstructure lors de la solidification. Pour monocristaux, accord quantitatif avec des expériences et des solutions analytiques ont été obtenues. La modélisation des polycristaux, qui sont composées de nombreux grains d'une même phase thermodynamique, mais différentes orientations du réseau cristallin, est beaucoup moins avancée. Deux types de modèles ont été proposés: les modèles multi-phase-champ d'utiliser un champ de phase pour chaque grain, et les modèles d'orientation-champ d'utiliser un petit nombre de domaines, mais ont des termes non analytiques dans leur énergie libre fonctionnel. Ce travail examine les divers aspects de la phase de modélisation du champ de polycristaux et est divisé en trois parties. Dans la première, une nouvelle possibilité de décrire l'orientation locale est explorée, en utilisant un paramètre d'ordre tensoriel qui représente automatiquement la symétrie locale du système. Cette approche est testée en phase de développement d'un modèle de champ pour la transition de phase nématique-isotrope dans les cristaux liquides. Le modèle est appliqué pour simuler la solidification directionnelle''''d'un cristal liquide. L'effet du couplage entre l'orientation et la forme nématique interface est étudiée. Les résultats de simulation pour la stabilité d'une interface plane en bon accord avec une analyse de stabilité généralisée, qui tient compte d'une condition nouvelle d'ancrage à l'interface: l'orientation à l'interface nématique est le résultat de l'interaction entre la déformation en vrac et l'anisotropie d'interface. La forme et la stabilité des cellules bien développé est également influencée par cet effet. Numériquement, l'utilisation d'un paramètre d'ordre tensoriel simplifie le traitement des symétries dans le système de manière significative, tandis que les équations de mouvements deviennent beaucoup plus compliquées. Dans la deuxième partie, les joints de grains sont étudiés sur une échelle plus petite longueur, en utilisant un modèle de cristal phase de terrain, où les propriétés élastiques et des dislocations apparaissent naturellement. Avec ce modèle, l'ordre local dans les interfaces est examiné et la stabilité des films liquides entre deux grains solides est étudiée ci-dessous le point de fusion. Cette situation peut être décrite par un potentiel d'interaction entre les deux interfaces solide-liquide, qui est extraite numériquement. Les résultats sont comparés avec un modèle phénoménologique qui se trouve à tenir pour les joints de grains à forte inclinaison, où les dislocations se chevauchent. Pour les joints de grains à faible angle, autour de préfusion dislocation ainsi qu'une brisure de symétrie (paires de dislocations forme) est observée. En conséquence, le potentiel d'interaction devient nonmonotonous, et se compose d'une attraction à longue portée et une répulsion à courte portée. Dans la troisième partie, un nouveau modèle de phase sur le terrain est développé en utilisant une variable d'angle pour décrire l'orientation cristalline. Contrairement aux modèles déjà existants, l'énergie libre est construit sans un terme proportionnel au module du gradient du champ de l'orientation. Au lieu de cela, le gradient de la norme au carré est utilisé, mais il est couplé à la phase du champ avec une fonction de couplage singulier. Diverses simulations référence sont réalisés afin de tester le modèle. Il se trouve qu'elle présente plusieurs artefacts tels que la rotation et le mouvement du grain parasite interface, mais ces effets sont extrêmement petites, telles que le modèle donne des résultats satisfaisants que si la surfusion est très faible. Enfin, les problèmes observés sont analysés et des moyens d'obtenir une meilleure description de la dynamique de l'angle de champ sont discutées.

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Bayle, Raphaël. "Simulation des mécanismes de changement de phase dans des mémoires PCM avec la méthode multi-champ de phase". Thesis, Institut polytechnique de Paris, 2020. http://www.theses.fr/2020IPPAX035.

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Les mémoires à changement de phases ont basées sur la variation de résistance d’un petit volume de matériau à changement de phase, l'information binaire étant codée à travers la phase amorphe ou cristalline du matériau. Le changement de phase permettant leur programmation est induit par effet Joule sous l’application d’un courant électrique. L’alliageGe2Sb2Te5 est largement utilisé pour les mémoires à changement de phase, car il cristallise rapidement et sans changement de composition. Cependant, pour obtenir la fiabilité requise pour certaines applications à haute température, notamment dans le secteur automobile, un alliage Ge-Sb-Te enrichi en Geest utilisé par la société STMicroelectronics. La cristallisation de cet alliage s’accompagne d’une ségrégation des espèces et de la formation d’une nouvelle phase cristalline. La répartition spatiale des phases et espèces est décisive pour le bon fonctionnement du point mémoire ; il est ainsi très important de pouvoir la prédire.Les modèles de champ de phase permettent,notamment aux échelles de temps et d’espace impliquées dans l’étude des mémoires à changement de phase, le suivi d’interface entre plusieurs domaines occupés par des phases différentes. Dans ce travail de thèse, un modèle multi-champ de phase permettant de simuler l’évolution de la répartition des phases et des espèces dans ce nouvel alliage a été développé.Les paramètres du modèle ont été déterminés à partir des données disponibles sur l’alliage.Deux types de simulations ont été réalisées :d’une part, celle de la cristallisation, lors d’un recuit, d’une couche mince de matériau initialement déposé amorphe ; d’autre part, celle portant sur les changements de phase qui se produisent lors de l’application de champs de température typiques des opérations d’écriture des mémoires. La comparaison entre les résultats de simulations et expériences révèle que les caractéristiques principales des microstructures observées dans les expériences sont bien mises en évidence par le modèle
Phase change memories (PCM) exploit the variation of resistance of a small volume of phase change material: the binary information is coded through the amorphous or crystalline phase of the material. The phase change is induced by an electrical current, which heats the material by the Joule effect. Because of its fast and congruent crystallization, theGe2Sb2Te5 alloy is widely used for PCM. Nevertheless, to get a better reliability at high temperatures, which is required e.g. for automotive applications, STMicroelectronics uses a Ge-rich GeSbTe alloy. In this alloy, chemical segregation and appearance of a new crystalline phase occur during crystallization. The distribution of phases and alloy components are critical for the proper functioning of the memory cell; thus, predictive simulations would be extremely useful. Phase field models are used for tracking interfaces between areas occupied by different phases. In this work, a multi-phase field model allowing simulating the distribution of phases and species in Ge-rich GeSbTe has been developed. The parameters of the model have been determined using available data on this alloy. Two types of simulations have been carried out, firstly to describe crystallization during annealing of initially amorphous deposited thin layer; secondly to follow the evolution of phase distribution during memory operation using temperature fields that are typical for those operations. Comparisons between simulations and experiments show that they both exhibit the same features

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Lebbad, Hocine. "Modélisation de la croissance des structures de Widmanstätten par la méthode des champs de phase". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS573.

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L'arrangement complexe des phases d'un alliage métallique, appelé microstructure, conditionne fortement ses propriétés mécaniques. Pour les optimiser, il est essentiel de comprendre comment les microstructures apparaissent et évoluent. Nous nous intéressons ici à une microstructure en particulier, appelée Widmanstätten. Ces structures de morphologie aciculaire sont observées dans plusieurs alliages métalliques (FeC, CuZn ...). Leur croissance, pilotée par la diffusion des éléments d'alliage, a lieu à vitesse constante en conditions isothermes. Plusieurs aspects de cette croissance restent cependant mal compris, ce qui justifie cette étude. Grâce à la méthode des champs de phase, nous montrons tout d'abord que l'anisotropie de l'énergie élastique joue un rôle clé sur cette croissance, en 2D et en 3D. Nous observons que le rayon de courbure de la pointe ne dépend pas de la dynamique mais résulte plutôt de la compétition entre énergie élastique et énergie d'interface. Puis, pour des alliages de titane, nous avons montré que notre modèle rend bien compte de la taille de la pointe. Nous avons ensuite développé deux modèles pour étudier le rôle joué par deux mécanismes de relaxation par déformation plastique: dislocations d'accommodation et activité plastique dans la matrice. Nous avons observé que la plasticité ne modifiait pas le caractère stationnaire de la croissance mais modifiait la vitesse et la taille de la pointe. Enfin, nous avons développé un formalisme à une échelle plus fine capable de décrire la nucléation et la croissance de marches, souvent observées dans les structures de Widmanstätten. Les premiers résultats pour un champ non-conservé sont présentés ici
He complex rearrangement of the phase domains in a metallic alloy, called microstructure, strongly impacts its mechanical properties. To optimize them, it is therefore important to understand the formation and evolution of the microstructures. The present work is devoted to a specific type of microstructures, called Widmanstätten. These acicular structures are observed in many metallic alloys (FeC, CuZn ...). Their growth, driven by the diffusion of alloying elements, occurs at constant velocity, in isothermal conditions. Yet, several aspects of this growth remain poorly understood, which justifies this study. Using phase-field models, we first show that the anisotropy of the elastic energy plays a key role on the growth, in both 2D and 3D. We observe that the tip radius of curvature does not depend on a dynamical process but relies on the competition between interfacial and elastic energy. Then, we illustrate the ability of our model to correctly describe the size of the tip. We have then developed two models to take into account two different mechanisms of relaxation by plastic deformation: misfit dislocations and plastic activity in the matrix. We have observed that plasticity does not change the singular growth at constant velocity but yet modifies the value of the growth velocity and the tip radius of curvature. Finally, we have developed a formalism at a thinner scale which is able to describe step nucleation and growth, which are often observed in Widmanstätten structures. Preliminary results, for a non-conserved field, are presented here

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Huang, Xiaoqian. "Purification de l’eau usée par congélation sur paroi : modélisation par la méthode du champ de phase". Electronic Thesis or Diss., Lyon 1, 2024. http://www.theses.fr/2024LYO10205.

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Ce travail porte sur l’étude d’un procédé de purification de l’eau usée par congélation en couche sur paroi froide. Plusieurs études montrent que la croissance de la couche de glace dépend des caractéristiques de la phase liquide (concentration initiale en soluté, température du liquide, etc) et des paramètres opératoires (vitesse de refroidissement, ensemencement, sous-refroidissement et circulation de la phase liquide, etc). En revanche, la distribution du soluté dans la phase solide, un facteur crucial pour améliorer la performance du procédé, a été peu étudiée. Une conduite précise et rigoureuse du procédé est donc nécessaire pour obtenir une pureté de la glace bien maîtrisée. Pour atteindre cet objectif, cette thèse comporte une partie expérimentale et une partie de modélisation. Dans la partie expérimentale, le mélange H2O-NaCl a été choisi comme solution modèle. Un dispositif expérimental de cristallisation sur paroi froide a été spécifiquement conçu pour ce travail. Le montage est instrumenté avec des capteurs de température et de conductivité thermique, une caméra permet également de suivre in situ la croissance de la glace au cours des manipulations. Après une recherche bibliographique sur le principe de la cristallisation et la mise en œuvre du procédé, une série de manipulations pour une étude paramétrique a été réalisée. La croissance dendritique a été observée avec une vitesse de croissance élevée. Ce phénomène est dépendant de l’effet de convection, du sous-refroidissement, du gradient de température dans la phase liquide ainsi que de la concentration initiale de la solution à purifier. Pour la partie modélisation, la méthode du champ de phase a été choisie. Elle permet de simuler la morphologie et la cinétique de croissance du solide, l’inclusion de liquide (poches et interstices) dans le solide, ainsi que la phase liquide. Les simulations permettent de mieux comprendre les phénomènes intervenant lors de la cristallisation, tels que l’incorporation d’impuretés dans la glace. Cette méthode, peu utilisée dans le domaine du génie des procédés, a été d'abord appliquée à la congélation d’un corps pur (eau/glace) pour comprendre les équations et étudier les paramètres du modèle. Ce modèle a ensuite été élargi à la congélation d’un mélange binaire (H2O-NaCl), correspondant au produit choisi pour l’expérimentation. Afin de respecter la cohérence thermodynamique de cette méthode, le modèle de Pitzer a été choisi pour prédire l’équilibre et les propriétés thermodynamiques. A partir de ces bases de données thermodynamiques, les équations de bilan de matière, de bilan thermique et de champ de phases sont résolues. Les effets du sous-refroidissement, de la concentration et de l’anisotropie sur la croissance dendritique des cristaux sont comparés et discutés. Ce travail innovant a démontré la pertinence de la méthode des champs de phase, jusqu’alors peu développée en génie des procédés. Cette méthode permet de décrire les phénomènes développés à l’interface liquide/solide, de prédire le comportement de la phase solide pour limiter les phénomènes d’incorporation de soluté dans la glace et plus généralement de comprendre les phénomènes mis en jeu lors de l’étape de cristallisation
This work focuses on studying a wastewater purification process by freezing on a cold wall. Several studies show that the growth of the ice layer depends on the characteristics of the liquid phase (solute concentration, liquid temperature, etc.) and the experimental conditions (cooling rate, seeding, supercooling, and liquid phase circulation, etc.). However, the solute distribution in the solid phase, a crucial factor for improving the process performance, has been the focus of few studies. Therefore, precise and rigorous control of the process is necessary to achieve well-controlled ice purity. To achieve this goal, this thesis includes an experimental part and a modeling part. In the experimental part, the H2O-NaCl mixture was chosen as the model solution. An experimental setup for crystallization on a cold wall was specifically designed for this work. The setup is equipped with temperature and thermal conductivity sensors, and a camera is used to monitor the in-situ growth of ice during the manipulations. After a bibliographical study on the principle of crystallization and the implementation of the process, a series of manipulations for a parametric study was carried out. Dendritic growth was observed with a high growth rate. This phenomenon depends on the effect of convection, supercooling, the temperature gradient in the liquid phase, and the initial concentration of the solution to be purified. For the modeling part, the phase-field method was chosen. This method allows simulating the morphology and growth kinetics of the solid, the inclusion of liquid (pockets and interstices) in the solid, as well as the liquid phase. The simulations help better understand the phenomena occurring during crystallization, such as the incorporation of impurities into the ice. This method, rarely used in chemical engineering, was first applied to the freezing of a pure substance (water/ice) to understand the equations and study the model's parameters. This model was then extended to the freezing of a binary mixture (H2O-NaCl), corresponding to the product chosen for the experiment. To asses the thermodynamic consistency of this method, the Pitzer model was chosen to predict equilibrium and thermodynamic properties. Based on this thermodynamic data, the mass balance, thermal balance, and phase-field equations are solved. The effects of supercooling, concentration, and anisotropy on the dendritic growth of crystals are compared and discussed. This innovative work has demonstrated the relevance of the phase-field method, which has been little developed in chemical engineering until now. This method allows describing the phenomena occurring at the liquid/solid interface, predicting the behavior of the solid phase to limit the incorporation of solute into the ice, and more generally, understanding the phenomena involved during the crystallization step

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Ghmadh, Jihène. "Etude par la méthode du champ de phase à trois dimensions de la solidification dirigée dans des lames minces". Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4368/document.

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Nous étudions numériquement la solidification directionnelle d'un alliage binaire à base de succinonitrile. Pour cela, nous développons un code s'appuyant sur le formalisme du champ de phase adapté au cas de la croissance dans des lames minces. Les résultats numériques obtenus sont comparés qualitativement et quantitativement avec les observations expérimentales. Une bonne confirmation des lois expérimentales et de nouvelles informations sur la dynamique des microstructures sont obtenues.La direction de croissance est généralement limitée par deux axes : l'axe cristallin principal et la direction du gradient thermique. Une première partie de la thèse porte sur l'étude des effets de la désorientation de l'axe cristallin sur la direction de croissance des structures et sur leurs morphologies. Nos résultats sont directement comparés à la loi expérimentale qui donne la réponse en orientation des microstructures sur l'ensemble de leur domaine d'existence en fonction du nombre de Péclet. Nous obtenons un accord très satisfaisant entre simulation et expérience. Dans la seconde partie de la thèse, une instabilité oscillante (mode 2λ − O) est étudiée en se basant sur le diagramme de stabilité expérimental. Dans ce mode deux cellules voisines oscillent en opposition de phase en largeur et en hauteur. Nos simulations reproduisent ce mode oscillant dans des lames minces et permettent une comparaison quantitative avec les expériences. Le régime des oscillations forcées est notamment exploré pour obtenir des informations sur la réponse en fréquence du système
We report on a numerical study of directional solidification in thin samples of succinonitrile-based dilute alloy. This thesis is based on 3D phase-field simulations. Numerical results are compared qualitatively and quantitatively with experimental observations. The comparison gives a good confirmation of the experimental laws, while providing new information on the dynamics of microstructures. Growth direction of the microstructure is constrained by two axes : the main crystal axis and the direction of the thermal gradient. Simulations allow us to test the variations of the growth direction and the microstructure stability at various misorientation angles. Our results are directly compared with the experimental law that gives the microstructure orientation response in a large domain of Péclet numbers. We obtain a good agreement, both on qualitative and quantitative grounds, between experiments and 3D simulations.In the second part of this manuscript, an oscillatory instability (2λ − O mode) is numerically studied. This mode involves oscillations of both cell width and cell tip position. This instability is reproduced in numerical simulations with the aim of allowing a fine and relevant comparison with experiments of the domain of existence and the periods of oscillation. In particular, the forced oscillation regime is explored to obtain information on the frequency response of the system

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Robin, Éric. "Développement d'une méthode de démodulation de phase à partir d'une seule image de franges : applications des méthodes optiques de champ à la mesure en dynamique". Poitiers, 2005. http://www.theses.fr/2005POIT2321.

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Les progrès récents des caméras rapides nous permettent d'analyser des phénomènes très rapides, comme les propagations de fissures, les vibrations et les impacts. Ces caméras nous donnent une seule image à un instant donné de l'expérience. Les méthodes optiques sont largement utilisées par les chercheurs et les ingénieurs. Les valeurs des quantités que nous recherchons sont contenues dans la phase démodulée du réseau de franges. Habituellement, en statique, l'extraction de la phase est réalisée par des techniques de décalage de phase utilisant plusieurs images. Mais cette approche n'est pas valable en dynamique. Dans ce cas nous avons accès à seulement une image. Nous devons donc extraire l'information à partir d'une image de franges. Nous présentons deux techniques de démodulation de phase à partir d'une image de franges utilisant la technique de corrélation d'images. Le comportement et les performances des deux algorithmes sont présentés à l'aide d'exemples
The recent progresses of the digital high speed cameras allows us to analyze very fast phenomena, such as cracks propagations, vibrations or impacts loading. These cameras give us a single frame of each time of experimental process. Optical methods in mechanics are widely used by researchers and engineers. The values of the quantities we are looking for are contained in the demodulated phase of the fringe pattern. Usually, in static, the phase extraction is performed by a phase shifting technique using several fringe patterns. But, this approach is unavailable for studies in dynamics. In this case, we have access to only one image for a given mechanical state. So we must extract the information from a single fringes pattern. We present two techniques of phase demodulation from a single real fringe pattern using the correlation technique. The behavior and the performances of both algorithms are presented with the help of examples

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Hansen, Hubert. "Méthodes non-perturbatives en théorie quantique des champs : au-delà du champ moyen, l'approximation de la phase aléatoire". Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00003814.

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L'étude de problèmes de physique hadronique dans le cadre de la théorie des champs nécessite l'emploi de méthodes non-perturbatives, les approches perturbatives ne pouvant s'appliquer pour QCD à basse énergie. L'équivalence formelle existant entre la théorie des champs et le problème à N corps nous a conduit à adapter des techniques non-perturbatives usuelles de la théorie du problème à N corps, comme l'approximation de champ moyen (ou approximation gaussienne) et l'approximation de la phase aléatoire (RPA).
En se plaçant au-delà du champ moyen où seules sont prises en compte les corrélations entre une particule et un potentiel "moyen" à un corps, la RPA va permettre de rajouter dans le calcul de l'état fondamental des corrélations entre particules.
Afin de mettre en place le formalisme, on applique la RPA, sons différentes formes (standard, renormalisée, en termes de fonctions de Green), à l'une des plus simples théories des champs en interaction, la théorie scalaire lambda x phi^4. On montre qu'il se produit une transition de phase due à une brisure dynamique de symétrie dont le paramètre critique se rapproche des résultats obtenus sur réseaux et par la technique des "clusters". Les résultats sont aussi présentés à température finie pour le champ moyen.
On étudie également un modèle effectif réaliste de la transition de phase chirale, le modèle sigma-linéaire et on montre que le théorème de Goldstone est restauré, contrairement à l'approximation gaussienne.
Enfin pour éclaircir quelques points de la RPA et, aller au-delà des corrélations obtenues dans la forme renormalisée, on considère l'oscillateur anharmonique en mécanique quantique, en introduisant les corrélations minimales au-delà du champ moyen et on montre que les corrélations RPA améliorent grandement le résultat obtenu en champ moyen.

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Yu, Zhan. "Modélisation de l'endommagement et de la fissuration des roches argileuses sous sollicitations thermo-hydromécaniques avec la méthode de champ de phase". Thesis, Lille 1, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1I108.

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Dans le contexte général de différents projets de recherche liés au stockage géologique des déchets radioactifs, à l'exploration de gaz de schiste et à la séquestration de gaz acides, il est nécessaire d'étudier l'endommagement et la fissuration des roches argileuses sous sollicitations thermo-hydromécaniques.La première partie de la thèse est consacrée au développement d'une nouvelle méthode de champ de phase pour des géomatériaux sous sollicitations complexes. Deux champs de phase sont définis afin de prendre en compte des fissures de traction et de cisaillement. Un cadre thermodynamique est proposé permettant de décrite les évolutions des deux champs de fissures. La déformation plastique des roches est également prise en considération. Un algorithme spécifique est ensuite proposé pour prendre en compte le couplage entre les champs de fissures et le champ de déplacement. Cet algorithme est mis en oeuvre dans le cadre de la méthode des éléments finis. L'efficacité de la nouvelle méthode de champ de phase est illustrée par des exemples de fissuration en traction et en cisaillement.Dans la deuxième partie, la méthode de champ de phase est étendue aux problèmes de couplage thermo-hydromécanique (THM). Une procédure numérique est développée permettant de considérer le couplage entres les champs de fissures, le champ mécanique et les champs de pression de fluide et de température. Les effects du couplage THM sur les mécanismes de fissuration est mis en évidence.Dans la dernière partie, deux exemples d'application sont présentés. Le premier concerne l'étude de l'endommagement et de la fissuration induits par l'excavation autour d'une galerie souterraine. Le deuxième est lié au problème de fissuration induite par la variation de température. Les deux exemples sont basés sur des expérimentations in situ menées par l'Andra
In the general framework of research projects related to geological disposal of radioactive waste, shale gas production and acid gas sequestration, it is necessary to investigate damage and cracking in clayey rocks under coupled thermo-hydro-mechanical loads (THM).In the first part of the thesis, a new phase-field method is developed for rock-like materials. Two crack fields are introduced in order to describe both tensile and shear cracks. A proper thermodynamics framework is proposed to describe the evolution of two crack fields. The plastic deformation of rocks is also taken into account. An efficient numerical algorithm is adopted for the coupling between the crack fields and displacement field. This algorithm is then set up in the framework of the finite element method. The efficiency of the new phase-field method is illustrated through examples showing tensile and shear cracks.In the second part, the phase-field method is extended to problems with thermo-hydro-mechanical coupling. To this end, a specific procedure is developed for the coupling between the crack fields, mechanical field and hydraulic and thermal fields. The effects of THM coupling on cracking mechanisms are investigated.The last part is devoted to two representative examples of application. The first one is relevant to the study of excavation induced damage and cracking around an underground gallery. The second one is related to the thermally induced cracking. Both examples are based on in situ experiments performed in the underground research laboratory of Andra

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Ducousso, Tristan. "Etude de la solidification dirigée par la méthode du champ de phase : comparaison théorie - expérience pour un alliage binaire dilué". Aix-Marseille 3, 2009. http://www.theses.fr/2009AIX30043.

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En solidification dirigée, la direction de croissance des microstructures est contrainte par deux axes : l'orientation du cristal et le gradient thermique. Une loi pour la sélection de la direction de croissance a été récemment établie expérimentalement. Pour tester ces observations, nous utilisons un modèle de champ phase incorporant un courant correctif phénoménologique. Nos résultats diffèrent sensiblement de la loi expérimentale. C'est la forme du courant qui est remise en question dans cette étude. Premièrement, nous développons une forme généralisée du courant correctif à partir des principes de la thermodynamique. Ensuite, nous raccordons notre modèle au modèle physique pour un coefficient de diffusion quelconque dans la phase solide. Nous montrons que le courant dépend d'un paramètre X non défini dans un modèle à interface diffuse. Finalement, une méthode level-set est développée pour quantifier ce paramètre à partir d'une interface abrupte. Les résultats de cette méthode semblent indiquer que la valeur de X est très faible en solidification libre. Cependant, le gradient thermique en solidification dirigée pourrait augmenter la valeur de ce paramètre, et donc diminuer la précision du modèle du champ de phase. Une étude numérique reste à réaliser pour vérifier ce dernier point
The growth direction of dendritic structures during directional solidification is bounded by crystal and imposed temperature gradient axes. An empirical scaling law has recently been proposed to describe the selected growth direction. These observations are compared to results obtained from a "one-sided" phase-field model including a phenomenological antitrapping current. We found a significant discrepancy between numerical and experimental results. One possible explanation may be found in the current form. First, a generalized expression for the antitrapping current is obtained in the framework of irreversible thermodynamics. Then, we present an analysis of the sharp-interface limit of our phase-field model with an arbitrary diffusion coefficient in the solid phase. We show that the current depends on a parameter X which cannot be determined directly with a diffuse-interface model. Finally, a level-set method based on sharp-interface model is developed to quantify this parameter. The level-set method indicates that X seems to be a very small parameter in free dendritic growth. However, the gradient temperature could increase this parameter in directional solidification, and so reduce the accuracy of the phase-field model. Numerical simulations remain to be done in order to test this point

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Simonin, Jean-Pierre. "Influence d'un champ sur la diffusion en milieu liquide : étude de quelques aspects stochastiques et expérimentaux". Paris 6, 1986. http://www.theses.fr/1986PA066611.

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Calcul de la constante cinétique dans le cadre d'un modèle de barrière de potentiel : passage en revue des théories existantes. Proposition d'une méthode pour le cas des barrières basses. Présentation d'une technique de mesure des coefficients de diffusion, application à l'étude de la diffusion couplée d'électrolytes. Combinaison avec la méthode de l'électrode tournante. Application à la mesure des constantes cinétiques d'extraction.

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Sarkis, Carole. "Modélisation de la solidification dendritique d’un alliage Al-4.5%pdsCu atomisé avec une méthode de champs de phase anisotrope adaptative". Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016PSLEM048/document.

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La croissance dendritique est calculée en utilisant un modèle champ de phase avec adaptation automatique anisotrope et non structurées d’un maillage éléments finis. Les inconnues sont la fonction champ de phase, une température adimensionnelle et une composition adimensionnelle, tel que proposé par [KAR1998] et [RAM2004]. Une interpolation linéaire d’éléments finis est utilisée pour les trois variables, après des techniques de stabilisation de discrétisation qui assurent la convergence vers une solution correcte non-oscillante. Afin d'effectuer des calculs quantitatifs de la croissance dendritique sur un grand domaine, deux ingrédients numériques supplémentaires sont nécessaires: un maillage adaptatif anisotrope et non structuré [COU2011], [COU2014] et un calcul parallèle [DIG2001], mis à disposition de la plateforme numérique utilisée (CimLib) basée sur des développements C++. L'adaptation du maillage se trouve à réduire considérablement le nombre de degrés de liberté. Les résultats des simulations en champ de phase pour les dendrites pour une solidification d'un matériau pur et d’un alliage binaire en deux et trois dimensions sont présentés et comparés à des travaux de référence. Une discussion sur les détails de l'algorithme et le temps CPU sont présentés et une comparaison avec un modèle macroscopique sont faite
Dendritic growth is computed using a phase-field model with automatic adaptation of an anisotropic and unstructured finite element mesh. Unknowns are the phase-field function, a dimensionless temperature and a dimensionless composition, as proposed by [KAR1998] and [RAM2004]. Linear finite element interpolation is used for all variables, after discretization stabilization techniques that ensure convergence towards a correct non-oscillating solution. In order to perform quantitative computations of dendritic growth on a large domain, two additional numerical ingredients are necessary: automatic anisotropic unstructured adaptive meshing [COU2011], [COU2014] and parallel implementations [DIG2001], both made available with the numerical platform used (CimLib) based on C++ developments. Mesh adaptation is found to greatly reduce the number of degrees of freedom. Results of phase-field simulations for dendritic solidification of a pure material and a binary alloy in two and three dimensions are shown and compared with reference work. Discussion on algorithm details and the CPU time are outlined and a comparison with a macroscopic model are made

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Gu, Hanfeng. "Multigrid methods for 3D composite material simulation and crack propagation modelling based on a phase field method". Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEI090/document.

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Avec le développement des techniques d’imagerie telles que la tomographie par rayons X au cours des dernières années, il est maintenant possible de prendre en compte la microstructure réelle dans les simulations des matériaux composites. Cependant, la complexité des composites tels que des fibres inclinées et brisées, les vides, exige un grand nombre des données à l’échelle microscopique pour décrire ces détails et amène ainsi des problèmes difficiles en termes de temps de calcul et de mémoire lors de l’utilisation de méthodes de simulation traditionnelles comme la méthode Eléments Finis. Ces problèmes deviennent encore plus sérieux dans la simulation de l’endommagement, comme la propagation des fissures. Par conséquent, il est nécessaire d’étudier des méthodes numériques plus efficaces pour ce genre de problèmes à grande échelle. La méthode Multigrille (MG) est une méthode qui peut être efficace parce que son coût de calcul est proportionnel au nombre d’inconnues. Dans cette thèse, un solveur de MG efficace pour ces problèmes est développé. La méthode MG est appliquée pour résoudre le problème d’élasticité statique basé sur l’équation de Lamé et aussi le problème de la propagation de fissures basé sur une méthode de champ de phase. La précision des solutions MG est validée par une solution analytique classique d’Eshelby. Ensuite, le solveur MG est développé pour étudier le processus d’homogénéisation des composites et ses solutions sont comparées avec des solutions existantes de la littérature. Après cela, le programme de calcul MG est appliqué pour simuler l’effet de bord libre dans les matériaux composites stratifiés. Une structure stratifiée réelle donnée par tomographie X est d’abord simulé. Enfin, le solveur MG est encore développé, combinant une méthode de champ de phase, pour simuler la rupture quasi-fragile. La méthode MG présente l’efficacité à la fois en temps de calcul et en mémoire pour résoudre les problèmes ci-dessus
With the development of imaging techniques like X-Ray tomography in recent years, it is now possible to take into account the microscopic details in composite material simulations. However, the composites' complex nature such as inclined and broken fibers, voids, requires rich data to describe these details and thus brings challenging problems in terms of computational time and memory when using traditional simulation methods like the Finite Element Method. These problems become even more severe in simulating failure processes like crack propagation. Hence, it is necessary to investigate more efficient numerical methods for this kind of large scale problems. The MultiGrid (MG) method is such an efficient method, as its computational cost is proportional to the number of unknowns. In this thesis, an efficient MG solver is developed for these problems. The MG method is applied to solve the static elasticity problem based on the Lame's equation and the crack propagation problem based on a phase field method. The accuracy of the MG solutions is validated with Eshelby's classic analytic solution. Then the MG solver is developed to investigate the composite homogenization process and its solutions are compared with existing solutions in the literature. After that, the MG solver is applied to simulate the free-edge effect in laminated composites. A real laminated structure using X-Ray tomography is first simulated. At last, the MG solver is further developed, combined with a phase field method, to simulate the brittle crack propagation. The MG method demonstrates its efficiency both in time and memory dimensions for solving the above problems

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Boussinot, Guillaume. "Etude du vieillissement des superalliages à base nickel par la méthode de champs de phase". Paris 6, 2007. http://www.theses.fr/2007PA066575.

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Nous avons utilisé la méthode de Champs de Phase pour étudier l'évolution de la microstructure gamma-gamma' des superalliages à base nickel, couramment utilisés dans l'industrie aéronautique. L'énergie d'interface gamma/gamma' a fait l'objet de calculs de structure électronique afin de calibrer le modèle de Champs de Phase sur un alliage Ni-Al. Nous avons ensuite étudié le vieillissement de la population de petits précipités gamma' (tertiaires) dans une microstructure bimodale, destinée aux superalliages pour disques de turbine. Les mécanismes physiques gouvernant ce vieillissement ont alors été élucidés. Par la suite, nous avons étudié les superalliages pour aubes de turbine lorsqu'ils sont soumis à une sollicitation extérieure. Notre modèle nous a permis de reproduire la coalescence orientée, fréquemment observée expérimentalement. Nous avons alors, d'une manière phénoménologique, mis au point une première approche pour décrire le fluage des superalliages

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Younsi, Amina. "Simulations des effets des écoulements sur la croissance cristalline d'un mélange binaire. Approche par méthode de Boltzmann sur réseau". Palaiseau, Ecole polytechnique, 2015. https://theses.hal.science/tel-01221833/document.

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Nguyen, Khac Lan. "Modèles de champ de phase et modèles Lattice Boltzmann pour la segmentation 3D de tumeurs en imagerie ultrasons hautes fréquences". Thesis, La Rochelle, 2019. http://www.theses.fr/2019LAROS011.

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Nous nous intéressons dans cette thèse au problème de la segmentation 3D de tumeurs de la peau dans des images ultrasons hautes fréquences. Nous nous concentrons essentiellement sur deux questions : comment estimer au mieux le volume des tumeurs (en accord avec les références produites par des dermatologues) et comment produire des algorithmes dont les temps de calcul se rapprochent du temps réel ? Dans un premier temps, nous décrivons un nouvel modèle, log-likelihood Cahn-Hilliard (LLCH), basé sur une formulation variationnelle couplant un terme d’attache aux données calculé à partir d’estimations non paramétriques et un terme de régularisation issu d’une dynamique de transitions de phase (équation de réaction diffusion d’Allen Cahn). Ce modèle est testé avec une première implémentation multigrille par solutions exactes calculées grâce à un splitting de Lie. Dans un second temps, nous nous intéressons à la possibilité d’implémenter le modèle LLCH par des méthodes Lattice Boltzmann (LBM). La dynamique sous-jacente n’étant pas de nature physique, cette implémentation n’est pas directe et est sujette à des problèmes d’instabilité. Nous montrons que, compte tenu des spécificités du terme d’attache aux données, les schémas BGK, à simple temps de relaxation, ne permettent pas d’assurer une stabilité suffisante. Nous avons alors recours à des schémas MRT, à temps de relaxation multiples, qui permettent par l’introduction de paramètres additionnels de gagner en stabilité. L’ajustement des paramètres dits quartiques permet d’obtenir des schémas exacts à l’ordre 4 et numériquement stables. Les tests réalisés sur une base de données cliniques avec une vérité terrain fournie par des dermatologues montrent que les résultats obtenus grâce aux deux implémentations proposées sont bien meilleurs que ceux obtenus par les méthodes level sets et que notre modèle est une bonne alternative pour pallier le problème de la sous-estimation du volume tumoral. Les temps de calcul, pour des images 3D d’environ 70 millions de voxels, sont très courts et tout-à-fait adaptés pour une utilisation pratique en milieu médical
In this thesis, we are interested in the problem of 3D segmentation of skin tumors in high frequency ultrasound images. We focus mainly on two questions: how best to estimate the volume of tumors (in accordance with references produced by dermatologists) and how to produce algorithms whose computation times are close to real time? First, we describe a new model, log-likelihood Cahn-Hilliard (LLCH), based on a variational formulation coupling a data attachment term computed from non-parametric estimates and a regularization term derived from a phase transition dynamic (Allen Cahn reaction diffusion equation). This model is tested with a first multigrid implementation using exact solutions calculated with a Lie splitting. Secondly, we are interested in the possibility of implementing the LLCH model using lattice Boltzmann methods (LBM). The underlying dynamic is not physical in nature, so this implementation is not direct and is subject to instability problems. We show that, due to the specificities of the data attachment term, the BGK schemes, with simple relaxation time, do not ensure sufficient stability. We then use MRT schemes, with multiple relaxation times, which allow us to gain stability by introducing additional parameters. The adjustment of the so-called quartic parameters makes it possible to obtain fourth-order exact schemes that are numerically stable. Tests performed on a clinical database with ground truth provided by dermatologists show that the results obtained with the two proposed implementations are much better than those obtained with level sets methods and that our model is a good alternative to overcome the problem of underestimation of tumor volume. The computation times, for 3D images of about 70 million voxels, are very short and well adapted for practical use in medical environments

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Ammar, Kais. "Modélisation et simulation du couplage changement de phases-mécanique par la méthode des champs de phases". Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00508677.

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Nous proposons un cadre générique, permettant l'incorporation des différentes lois de comportement de mécanique linéaires ou non-linéaires (i.e. elastoviscoplastique) dans les approches des champs de phases utilisées pour la modélisation et la simulation de la mobilité d'interfaces diffuses. Dans ce cadre, une formulation par éléments finis des modèles couplés champ de phases-élastoplasticité pour les alliages binaires est développée dans le formalisme général de la thermodynamique des milieux continus. Cette formulation est basée sur la théorie d'équilibre des microforces, proposée par Gurtin, où une équation supplémentaire, fonction du paramètre d'ordre et de son gradient, est introduite. La formulation est employée pour simuler les évolutions morphologiques complexes des microstructures hétérogènes et décrire l'interface diffuse entre deux phases en présence des contraintes induites par transformation de phase. En utilisant les principes de la thermodynamique des processus irréversibles, les lois de comportement et les équations d'évolution sont clairement exposées et séparées dans la formulation de sorte que des modèles non-linéaires et fortement couplés puissent être implantés plus facilement dans un code par éléments finis. Cette formulation peut être appliquée aux corps finis périodiques et non périodiques, aux microstructures hétérogènes. Les conditions initiales et les conditions aux limites en paramètre d'ordre et en concentration ainsi que leurs quantités duales sont clairement énoncées. Des techniques d'homogénéisation ont été utilisées pour décrire le comportement dans les interfaces diffuses. Les conséquences de ces choix de modélisation ont été déterminées en ce qui concerne les effets des contraintes mécaniques sur les équilibres de phases et la cinétique de transformation. L'ensemble des équations d'évolution couplées, à savoir l'équation d'équilibre statique local, l'équation de champ de phases et l'équation de conservation de la masse, est résolu en utilisant la méthode des éléments finis pour la discrétisation spatiale et un schéma implicite des différences finies pour la discrétisation temporelle. Afin d'illustrer l'intérêt de l'approche proposée, des calculs par éléments finis ont été effectués sur des situations élémentaires telles que le calcul des concentrations d'équilibre des phases en présence de contraintes et la croissance de précipités dans une matrice élastique ou élasto-plastique, situations pour lesquelles des solutions analytiques pour des interfaces parfaites sont disponibles.

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Gmati, Hela. "Modélisation par champ de phase de la rupture des matériaux solides élastiques et élasto-viscoplastiques". Thesis, Paris, HESAM, 2020. http://www.theses.fr/2020HESAE010.

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La méthode des champs de phases, qui a été conçue pour les problèmes d'interface, fournit un formalisme général intéressant pour la modélisation de la rupture. Ce formalisme est donc utilisé dans ce travail afin de construire des lois de comportement qui permettent de modéliser la rupture des matériaux homogènes et hétérogènes (i.e. polycristallins). Plus spécifiquement, deux modèles de comportement, qui utilisent les ingrédients de la mécanique de l'endommagement, sont proposés. Dans le premier cas, typique de la rupture fragile, l'endommagement est gouverné par le stockage d'énergie élastique. Le second modèle se concentre sur le cas où l'endommagement est piloté par le processus de déformation plastique, ce qui est représentatif de l'endommagement ductile ou de fatigue.Le modèle pour la rupture fragile utilise une variable d'endommagement scalaire pour décrire la perte de rigidité progressive. Le gradient de cette variable est traité comme une variable d'état supplémentaire afin de considérer l'augmentation d'énergie de surface due à la fissuration. La prise en compte des effets de fermeture repose sur une décomposition déviatorique/sphérique de l'énergie élastique. L'approche proposée est flexible en cela que des paramètres permettent de contrôler les contributions sphérique et déviatorique à la croissance de l'endommagement. Aussi, la description de la perte de rigidité ne nécessite pas d'hypothèse particulière quant à la classe de symétrie du matériau considéré. L'implémentation numérique du modèle, via la méthode des éléments finis, permet de réaliser des simulations représentatives sous chargement aussi bien statique que dynamique.Le cadre général de la plasticité cristalline est ensuite utilisé pour construire un modèle champs de phases pour les matériaux élasto-viscoplastiques polycristallins. L'approche est semblable à celle utilisée précédemment, à ceci près que le couplage endommagement-écrouissage est introduit. Ce choix de modélisation permet de considérer l'impact des déformations plastiques sur le développement de l'endommagement. Les résultats numériques obtenus avec le modèle proposé permettent de reproduire les aspects essentiels de la rupture ductile et par fatigue des matériaux métalliques
The Phase-Field Method (PFM), which has been designed for interfacial problems, provides an attractive framework for the modelling of fracture. The present work aims at developing some constitutive models within the framework of the PFM to model fracture in homogeneous and polycrystalline materials. For this purpose, two different situations have been examined. For the first situation, which is typical of brittle fracture, the development of damage is driven by the accumulation of elastic strain energy. The second situation is the one where damage is controlled by the development of plastic strains, which is quite common for ductile or fatigue fracture.The phase-field model for brittle fracture uses a scalar damage variable to represent the progressive degradation of mechanical resistance. The spatial gradient of the damage variable, which is treated as an additional external state variable, serves regularization purposes and allows considering the surface energy associated with cracks. The deviatoric/spherical decomposition of elastic strain energy is used to consider closure effects. Some material parameters have been introduced to control the impact of deviatoric and spherical contributions on the development of damage. Also, the proposed strategy is adapted to any class of material symmetry. Numerical implementation is undertaken via the finite element method, where nodal degrees of freedom are the displacement and the damage variable. For illustration purpose, the numerical simulations are carried out under both static and dynamic loading conditions.An extension of the above model to plasticity-driven fracture in polycrystalline materials is also proposed. The framework of crystal plasticity has been used for the construction of constitutive relations. To consider the role of plastic strains on the development of damage, the proposed strategy uses the coupling between damage and hardening. The consequence is that the driving force for damage contains some contributions from isotropic and kinematic hardening variables. According to the numerical results, the important features of ductile and fatigue fracture are correctly reproduced

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Laporte, Eric. "Application de la méthode d'analyse en boucle ouverte à la conception d'oscillateurs à résonateur diélectrique et contrôlé en tension en bande X, à très faible bruit de phase". Limoges, 1997. http://www.theses.fr/1997LIMO0015.

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Ce travail propose l'analyse en fort signal et en bruit des oscillateurs utilisant des transistors a effet de champ et bipolaires a heterojonction. Apres un rapide tour d'horizon sur la modelisation analytique des transistors hyperfrequences, nous montrons la methode d'analyse en fort signal des oscillateurs basee sur le formalisme des systemes boucles. Une extension de celle-ci au cas des transistors bipolaires a heterojonction est presentee. Le calcul du spectre de bruit de phase de ces circuits est effectue par deux methodes qui sont comparees sur trois circuits utilisant des elements actifs differents. Une etude a permis de montrer l'influence de certaines non linearites du transistor sur le spectre de bruit de phase des oscillateurs. Ces differentes methodes sont appliquees a la conception d'un oscillateur a resonateur dielectrique et d'un oscillateur controle en tension fonctionnant a 10 ghz en technologie monolithique et possedant un tres faible spectre de bruit de phase.

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Abourou, Ella Appolinaire. "Étude des solutions stationnaires d'un modèle de champs de phase cristallin". Thesis, Poitiers, 2013. http://www.theses.fr/2013POIT2273/document.

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Cette thèse porte essentiellement sur l'étude des solutions stationnaires, en dimension 1 d'espace, d'unmodèle de champs de phase cristallin introduit par Elder en 2002. Ainsi, nous prouvons, par la méthode deréduction de Lyapunov-Schmidt et la technique des multiparamètres, l'existence de courbes de solutionsbifurquantes stationnaires lorsque le noyau de l'opérateur linéarisé, au voisinage de la solution triviale estde dimension 2. Une parenthèse est ouverte pour la comparaison de l'énergie de la solution bifurquantepar rapport à celle la solution triviale. Aussi, grâce au principe de la stabilité réduite, nous fournissonsdes ensembles précis de valeurs des paramètres de bifurcation pour lesquelles les solutions obtenues sontstables ou instables. Ces résultats théoriques sont corroborés par plusieurs tests numériques.Par ailleurs, dans le cas classique du noyau unidimensionel, nous établissons des diagrammes de phasespermettant de comprendre les différentes orientations de courbes de solutions non triviales au voisinage dechaque point de bifurcation
This thesis is devoted to the study of stationary solutions of a Phase Field Crystal model, in one spacedimension, introduced by Elder in 2002. Thus, we prove by the Lyapunov-Schmidt method of reductionand the multiparameter technique, the existence of the curves of bifurcating stationary solutions whenthe kernel of the linearized operator near to trivial solution is of two dimension. A parenthesis is open forcomparing the energies of the bifurcating solution and the trivial solution. Also, thanks to the principle ofreduced stability, we provide specific sets of parameter values for wich the obtained solutions are stable orunstable. These theoretical results are confirmed by several numerical tests.Moreover, in the classical case of a one dimensional kernel, we establish the phase diagrams allowing tounderstand the different orientations of non-trivial solutions curves near to of each bifurcation point

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Louchez, Marc-Antoine. "Modélisation par champ de phase et atomique des interfaces hétérophases : application aux hydrures de zirconium". Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10059/document.

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Le but de ce travail était de contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes complexes qui sous-tendent la formation et l’évolution des hydrures dans le zirconium α et ses alliages. Dans ce contexte, des approches multi-échelles, mêlant simulations atomiques et par champ de phase, ont été employées pour aborder les propriétés structurales et énergétiques des interfaces hétérophases α|hydrures. Un intérêt particulier a été porté à l'hydrure γ-ZrH, en raison de sa stabilité et ses relations avec les chemins de précipitation controversés, via l’étude des interfaces basales et prismatiques complétée par une étude soignée des plans d’habitat. Une méthodologie originale transposable à d’autres systèmes, fondée sur la théorie microélastique combinée à des calculs ab initio, a été proposée pour estimer les énergies relatives à ces interfaces. Les résultats montrent une forte anisotropie jusque-là négligée dans la littérature. Du fait du caractère semi-cohérent des interfaces prismatiques, une évaluation correcte de leur énergie s'est révélée difficile. Une approche alternative a donc été suggérée, fondée sur un formalisme de champ de phase à même de décrire la structure de cœur des dislocations inhérentes à des interfaces prismatiques hc|cfc. Elle s’est avérée utile pour estimer la stabilité interfaciale de divers systèmes et pour prédire la perte de cohérence d’un germe croissant. Il a été montré que l'hydrure ζ-Zr2H cohérent constituerait un bon précurseur de γ. Enfin, l'emploi de la théorie microélastique aux interfaces α|hydrures a clairement indiqué la préférence pour des plans d'habitat pyramidaux πI. Un effet notable de la teneur en hydrogène a aussi été observé
The goal of this work was to contribute to a better understanding of the complex mechanisms underpinning the formation and evolution of hydrides in α zirconium and its alloys. In this context, multi-scale approaches combining atomic and phase-field simulations were employed to address the structural and energetic properties of heterophase α|hydrides interfaces. A peculiar attention was focused on the γ-ZrH hydride due to its controversed stability and to its supposed role one many sequences of precipitation. In particular, the study was concentrated on the basal and prismatic interfaces complemented by a meticulous study of the habit planes. An original methodology, transferable to other systems and based on the microelasticity theory combined with ab initio calculations, was proposed to estimate the energies related to these interfaces. The results show a strong anisotropy hitherto neglected in the literature. Due to the semi-coherent nature of prismatic interfaces, a correct evaluation of its energy was proven to be difficult. Thus, an alternative approach, grounded in a phase-field formalism and able to describe the core structure of inherent dislocations in prismatic interfaces, has been suggested. This approach turned out useful to estimate the interfacial stability of various systems as well as to predict the coherency loss of a growing seed. It has been showed that the coherent ζ-Zr2H hydride could constitute a good precursor of γ-hydride. Finally, the application of the microelasticity theory to α|hydrides interfaces has clearly showed a preference for πI pyramidal habit planes where a significant effect of hydrogen content in the hydride has also been observed

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Hamma, Juba. "Modélisation par la méthode des champs de phase du maclage mécanique dans des alliages de titane β-métastables". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2020. http://www.theses.fr/2020SORUS381.

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Les alliages de titane beta-métastables ont des propriétés mécaniques remarquables à température ambiante, liées à l'évolution sous contrainte de la microstructure. Un mode de déformation spécifique à ces alliages joue un rôle essentiel : le système de maclage {332}<11-3>. On s'intéresse ainsi à une modélisation champ de phase de l'évolution sous contrainte des variants de macle {332}. Une première partie est consacrée à un modèle champ de phase de type Allen-Cahn avec prise en compte d'une élasticité dans un formalisme géométriquement linéaire (GL). On utilise une énergie d'interface isotrope ou anisotrope afin d'étudier l'influence de cette dernière sur la croissance et le degré d'anisotropie des variants de macle. Le rôle d'une élasticité formulée dans le formalisme géométriquement non-linéaire (GNL) est ensuite discuté et donne lieu à la deuxième partie de ces travaux. Un solveur mécanique dans le formalisme GNL par méthode spectrale est alors mis en place et validé. Il est ensuite utilisé dans le développement d'un modèle champ de phase de type Allen-Cahn avec prise en compte d'une élasticité GNL. Nous procédons alors à une étude comparative fine des microstructures obtenues en GL et GNL. Les résultats montrent une différence majeure entre les microstructures obtenues dans les deux cadres élastiques, concluant sur la nécessité d'une élasticité dans le GNL pour reproduire les microstructures de macle observées. Enfin, nous présentons une étude prospective d'un modèle basé sur une méthode de réduction de Lagrange, qui permettrait de prendre en compte le caractère reconstructif du maclage et la nature hiérarchique des microstructures observées expérimentalement
Beta-metastable titanium alloys exhibit remarkable mechanical properties at room temperature, linked to the microstructure evolution under stress. A specific deformation mode plays an essential role: the {332}<11-3> twinning system. This thesis work thus concerns a modeling, by the phase field method, of {332} twin variants evolution under stress. The first part is devoted to an Allen-Cahn type phase field model with an elasticity taken into account in a geometrically linear formalism. This model is used with an isotropic or anisotropic interface energy in order to study the influence of the latter on the growth of twin variants. The role of an elasticity formulated in finite strain is then discussed and gives rise to the second part of this work. A mechanical equilibrium solver formulated in the geometrically non-linear formalism using a spectral method is then set up and validated. It is then used in the development of an Allen-Cahn type phase field model considering a geometrically non-linear elasticity. We then proceed to a fine comparative study of the microstructures obtained in linear and non-linear geometries. The results show a major difference between the microstructures obtained in the two elastic frameworks, concluding on the need for elasticity in finite strain formalism to reproduce the twin microstructures observed experimentally. Finally, we present a prospective study of a more general phase field formalism than the previous ones, based on a Lagrange reduction method, which would allow to fully take into account the reconstructive character of twinning and the hierarchical nature of the microstructures observed experimentally

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Gong, Yang Hao. "Sur l'analyse multiéchelle du changement de morphologie du PET sous l'effet de la température ou des sollicitations mécaniques". Thesis, Paris Est, 2018. http://www.theses.fr/2018PESC1003/document.

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Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à la simulation de l’évolution de la microstructure d’un polymère. Plus précisément, nous avons étudié le changement de la morphologie du polyéthylène téréphthalate (PET) sous l’effet de différents mécanismes. Ces simulations sont réalisées par la méthode des champs de phase. Il s’agit d’une méthode basée sur l’équation de Cahn-Hilliard ou l’équation de Ginzburg-Landau. Elle utilise un paramètre d’ordre pour décrire l’état du matériau, des variables thermodynamiques et cinématiques. Ainsi on peut décrire l’évolution d’une microstructure sans suivre l’interface et ainsi reproduire l’évolution de la structure cristalline sphérolitique qui apparait lors d’une cristallisation induite par la température. Dans le cadre d’un changement de morphologie induit par la température, le calcul par champ de phase a été simulé par la méthode de différences finies et la méthode d’éléments finis. Le coefficient cinétique a été identifié à partir de données expérimentales de la littérature. En introduisant un modèle du champ de phases multiples (the MPF model) on a aussi simulé l’évolution de plusieurs sphérolites et gérer la jonction lorsque deux sphérolites se rencontrent. La croissance et la jonction des sphérolite a été modélisée par la méthode d’éléments finis : elle reproduit parfaitement l’évolution expérimentale de cristallisation isotherme d’un polymère. En comparant ces résultats avec le modèle macroscopique d’Avrami, une évaluation de la constante d'Avrami, K(T), a été discutée en fonction des fluctuations des conditions initiales (positions et taille des germes).Dans le cadre de la cristallisation induite par la déformation mécanique, nous avons couplé le champ de phase aux équations de la mécanique pour un comportement viscoélastique différent pour chaque phase. L’influence, sur la cristallisation et l’orientation, de la déformation, de la vitesse de sollicitation, du contraste entre les phases sont étudiées et comparées qualitativement aux observations expérimentales. Il s’agit d’une étude préliminaire qui devra être poursuivie et affinée afin de prédire une morphologie plus réaliste
In this thesis work, we are interested in simulating the evolution of the microstructure of a polymer. In particular, we have studied in the morphology change of polyethylene terephthalate (PET) under different mechanisms. These simulations carried out by the phase field simulation. This method based on the Cahn-Hilliard equation or the Ginzburg-Landau equation. It uses an order parameter to describe the state of material, thermodynamic and kinetic variables. Thus we can describe the microstructure evolution without tracking the interface (which would require complex remeshing) and reproduce the evolution of the crystalline structure within the polymers, for example the growth of spherulites which appear during crystallization induced by temperature. Within the scope the morphology changing by the temperature, the evolution of phase field simulation is performed by the finite difference method and the finite element method. The kinetic coefficient is adjusted in order to fit the experiment data in of the literature. We introduce the multiphase field model (the MPF model) in order to simulate the evolution of several spherulites and to describe the junction of spherulites. The growth and junction of spherulites have been modeled by the finite element method and nicely reproduced in comparing the experimental evolution of isothermal crystallization of a polymer. Comparing these results with the Avrami macroscopic model, an evaluation of the Avrami constant, K (T), was discussed according to the fluctuations of the initial conditions (positions and size of the germs).In the following part, we study the crystallization induced by mechanical deformation. We are interested in the viscoelastic model to simulate the induced crystallization of PET in plane stress. The phase field model coupled to mechanics will be presented. Different viscoelastic behaviors have been considered for each phase. The influence on crystallization and orientation of the deformation, the stress velocity and the contrast between the phases are studied and compared qualitatively with the experimental observations. This is a preliminary study that will have to be continued in order to predict a more realistic morphology

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Rouchette, Hadrien. "Sink efficiency calculation of dislocations in irradiated materials by phase-field modelling". Thesis, Lille 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LIL10017/document.

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L'objectif de ce travail est le développement d'une méthode numérique pour simuler la diffusion de défauts cristallographiques mobiles dans les métaux irradiés, ainsi que leur absorption par les puits, afin de mieux anticiper l'évolution microstructurale de ces matériaux. Un intérêt particulier a été porté au cas de l’interaction entre les défauts ponctuels et les dislocations.Les méthodes de champ de phases sont bien adaptées à ce problème, puisqu’elles peuvent tenir compte des effets élastiques des dislocations sur la diffusion de ces défauts dans les cas les plus complexes. Le modèle de champ de phases présenté dans ce travail a été adapté pour prendre en compte la création des défauts par irradiation ainsi que leur absorption par les cœurs de dislocation à l’aide d’un nouveau paramètre d’ordre associé à la morphologie du puits. La méthode a d’abord été validée dans différents cas de référence en comparant les forces de puits obtenues numériquement aux solutions analytiques disponibles dans la littérature.Elle a ensuite été appliquée aux dislocations dans le zirconium en faisant varier leur orientation, et en tenant compte des propriétés anisotropes du cristal et des défauts ponctuels, obtenus récemment par des calculs à l'échelle atomique.L'analyse des résultats démontre que l'anisotropie de forme des défauts ponctuels favorise l'absorption des lacunes par les boucles basales, ce qui est cohérent avec la croissance du zirconium sous irradiation expérimentalement observée.Enfin, l'étude rigoureuse des boucles de dislocation révèle que les simulations par champ de phases sont plus précises que les solutions analytiques dans des domaines de densités réalistes
The aim of this work is to develop a modelling technique for diffusion of crystallographic migrating defects in irradiated metals and absorption by sinks to better predict the microstructural evolution in those materials.The phase field technique is well suited for this problem, since it naturally takes into account the elastic effects of dislocations on point defect diffusion in the most complex cases. The phase field model presented in this work has been adapted to simulate the generation of defects by irradiation and their absorption by the dislocation cores by means of a new order parameter associated to the sink morphology. The method has first been validated in different reference cases by comparing the sink strengths obtained numerically with analytical solutions available in the literature. Then, the method has been applied to dislocations with different orientations in zirconium, taking into account the anisotropic properties of the crystal and point defects, obtained by state-of-the-art atomic calculations.The results show that the shape anisotropy of the point defects promotes the vacancy absorption by basal loops, which is consistent with the experimentally observed zirconium growth under irradiation. Finally, the rigorous investigation of the dislocation loop case proves that phase field simulations give more accurate results than analytical solutions in realistic loop density ranges

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Noel, Matthieu. "Modélisation déterministe et probabiliste de la rupture par champ de phase et identification expérimentale pour la fissuration des structures en bois dans l’ameublement". Electronic Thesis or Diss., Université Gustave Eiffel, 2024. http://www.theses.fr/2024UEFL2061.

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Dans le domaine de l'ameublement, garantir la sécurité des structures conformément aux normes européennes représente un enjeu important pour les fabricants de meubles. Avant leur commercialisation, les meubles sont soumis à des tests de validation normalisés, qui ne permettent de connaître leur comportement mécanique qu'a posteriori. Cette thèse vise à développer des outils de modélisation et de simulation numérique pour prédire la rupture par fissuration au niveau des connexions entre les éléments de meuble. Pour atteindre cet objectif, l'approche méthodologique combine la modélisation et la simulation numérique avec des essais expérimentaux. Elle utilise la méthode des éléments finis couplée à des modèles de rupture/endommagement par champ de phase pour simuler la fissuration dans des matériaux élastiques linéaires isotropes et anisotropes, dans un cadre déterministe et probabiliste. Une campagne d'essais expérimentaux est menée sur des échantillons d'épicéa troués soumis en compression uniaxiale, afin de reproduire les mécanismes de fissuration observés dans des structures réelles, notamment dans les connexions de lits en hauteur. Une procédure d'identification est développée et mise en place pour caractériser les propriétés élastiques et d'endommagement de l'épicéa, en exploitant notamment des mesures expérimentales de champs de déplacement obtenues par corrélation d'images numériques. Une méthode d'accélération des simulations d'endommagement par champ de phase est proposée pour réduire leur coût élevé en temps de calcul. Cette approche permet de prédire, indépendamment du type de connexions, le déplacement ou la force critique précédant l'amorçage de la fissuration. Les résultats numériques indiquent que, sous réserve d'appliquer des conditions aux limites réalistes et d'avoir correctement identifié les propriétés du matériau, le critère d'amorçage de fissure s'avère utile pour prédire l'emplacement des zones potentiellement endommagées/fissurées et fournir un ordre de grandeur cohérent pour l'effort ou le déplacement nécessaire à l'initiation de la fissuration. Ce critère requiert seulement une unique simulation dans le domaine élastique linéaire, suivi d'un post-traitement avec un modèle d'endommagement par champ de phase, afin de faciliter son utilisation dans un contexte industriel, en particulier le secteur de l'ameublement. Les outils numériques développés, accessibles en open source, pourraient aider les industriels de l'ameublement à prédire la rupture fragile dans le bois et à optimiser la conception des meubles, tout en garantissant la conformité aux normes de sécurité
In the furniture industry, ensuring the safety of structures in accordance with European standards presents a significant challenge for furniture manufacturers. Before commercialization, furniture are subjected to standardized validation tests, which only allow for a retrospective understanding of its mechanical behavior. This thesis aims to develop modeling and numerical simulation tools to predict the cracking failure mechanism at the connections between furniture elements. To achieve this objective, the methodological approach combines modeling and numerical simulation with experimental testing. It employs the finite element method coupled with phase-field fracture/damage models to simulate cracking in linear elastic isotropic and anisotropic materials within a deterministic and probabilistic framework. An experimental testing campaign is conducted on perforated spruce wood samples subjected to uniaxial compression to reproduce the cracking mechanisms observed in real structures, particularly in the connections of high loft beds. An identification procedure is developed and implemented to characterize the elastic and damage properties of spruce wood, in particular by exploiting experimental displacement field measurements obtained through digital image correlation. A method for accelerating phase-field damage simulations is proposed to reduce their high computational cost. This approach allows for the prediction, independently of the type of connections, of the displacement or critical force preceding crack initiation. The numerical results indicate that, provided realistic boundary conditions are applied and the material properties are correctly identified, the crack initiation criterion is useful for predicting the location of potentially damaged/cracked areas and providing a consistent order of magnitude of the force or displacement required to initiate cracking. This criterion only requires a single linear elastic simulation, followed by a post-processing with a phase-field damage model, to facilitate its use in an industrial context, in particular the furniture sector. The numerical tools developed, available in open source, could help furniture manufacturers to predict brittle fracture in wood and optimize furniture design, while guaranteeing compliance with safety standards

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Michelet, Jordan. "Extraction du fouillis de mer dans des images radar marin cohérent : modèles de champ de phases, méthodes de Boltzmann sur réseau, apprentissage". Electronic Thesis or Diss., La Rochelle, 2022. http://www.theses.fr/2022LAROS048.

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Nous nous intéressons au problème d’extraction du fouillis de mer dans des images radar marin. Le parti pris est de développer des méthodes de traitement d’image permettant de s’affranchir au mieux d’hypothèses sur la nature du fouillis de mer et du signal d’intérêt. D’une part, nous proposons un algorithme basé sur une approche variationnelle originale : un modèle multiphasique à interface diffuse. Les résultats obtenus montrent que l’algorithme est efficace lorsque le signal d’intérêt a un rapport signal-sur-fouillis suffisamment grand. D’autre part, nous nous intéressons à l’implémentation de schémas de Boltzmann sur réseau pour des problèmes de convection-diffusion à vitesse d’advection non constante et un terme source non nul. Nous décrivons le calcul de la consistance obtenue par analyse asymptotique à l’échelle acoustique et avec un opérateur de collision à temps de relaxation multiples, et étudions la stabilité de ces schémas dans un cas particulier. Les résultats obtenus montrent que les schémas proposés permettent de supprimer le bruit résiduel et de renforcer le signal d’intérêt sur l’image obtenue grâce à la première méthode. Enfin, nous proposons une méthode d’apprentissage permettant de s’affranchir d’hypothèses sur la nature du signal d’intérêt. En effet, en complément de l’algorithme par approche variationnelle, nous proposons un algorithme basé sur le traitement pulse-Doppler lorsque le signal d’intérêt est exo-clutter et a un rapport signal-sur-fouillis faible. Les résultats obtenus à partir du double auto-encodeur que nous proposons, étant comparables aux résultats fournis par chacune des deux méthodes, permettent de valider cette approche
We focus on the problem of sea clutter extraction in marine radar images. The aim is to develop image processing methods allowing us to avoid assumptions about the nature of the sea clutter and the signal of interest. On the one hand, we propose an original algorithm based on a variational approach : a multiphase model with diffuse interface. The results obtained show that the algorithm is efficient when the signal of interest has a sufficiently large signal-to-clutter ratio. On the other hand, we focus on the implementation of lattice Boltzmann schemes for convection-diffusion problems with non-constant advection velocity and non-zero source term. We describe the computation of the consistency obtained by asymptotic analysis at the acoustic scale and with a multiple relaxation time collision operator, and study the stability of these schemes in a particular case. The obtained results show that the proposed schemes allow removing the residual noise and to enhance the signal of interest on the image obtained with the first method. Finally, we propose a learning method allowing us to avoid assumptions on the nature of the signal of interest. Indeed, in addition to the variational approach, we propose an algorithm based on pulse-Doppler processing when the signal of interest is exo-clutter and has a low signal-to-clutter ratio. The results obtained from the proposed double auto-encoder, being comparable to the results provided by each of the two methods, allow validating this approach

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El, kettani Perla. "Équations d'évolution stochastiques locales et non locales dans des problèmes de transition de phase". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS494/document.

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Le but de cette thèse est de développer des méthodes de démonstration d’existence et d’unicité de solutions d’équations d’évolution stochastiques locales ou non locales dans les problèmes de transition de phase. Au chapitre 1, nous étudions un problème à valeur initiale pour une ´équation de réaction-diffusion stochastique non locale avec des conditions aux limites de Neumann homogènes dans un ouvert borné de ℝn de frontière suffisamment régulière. On considère le cas d’un opérateur elliptique non linéaire assez général et on suppose que le bruit est additif et induit par un processus Q-Wiener. Le problème déterministe modélise la séparation de phases dans des alliages binaires. La démonstration d’existence de la solution du problème stochastique est basée sur un changement de fonction qui fait intervenir la solution de l’équation de la chaleur stochastique avec un terme de diffusion non linéaire. On est ainsi conduit à l'étude d’un problème sans terme de bruit, ce qui facilite l’application de la méthode de monotonie pour identifier la limite des termes non linéaires. Au chapitre 2, nous démontrons l’existence et l’unicité de la solution d’un système de champ de phase stochastique avec des bruits multiplicatifs induits par des processus Q-Wiener. Les problèmes de champ de phase sont utilisés pour d´écrire des modèles où deux phases distinctes interviennent comme par exemple l’eau et la glace. Dans ce but, nous appliquons la méthode de Galerkin et nous établissons des estimations a priori pour la solution approchée. Nous nous appuyons ensuite sur la méthode de monotonie stochastique pour identifier la limite du terme non linéaire. Finalement, au chapitre 3, nous démontrons l’existence et l’unicité d’une solution trajectorielle en dimension d’espace d ≤ 6 pour l’équation d’Allen-Cahn non locale stochastique avec un bruit multiplicatif induit par un processus Q-Wiener. La présence d’une variable supplémentaire empêche l’application des théorèmes de compacité usuels utilisés dans les problèmes déterministes. C’est ce qui nous amène à appliquer la méthode de compacité stochastique
The aim of this thesis is to develop methods for proving the existence and uniqueness of solutionsof local and nonlocal stochastic evolution equations in phase transition problems. In chapter 1, we studyan initial value problem for a nonlocal stochastic reaction-diffusion equation with homogeneous Neumannboundary conditions in an open bounded set of ℝn, with a smooth boundary. We consider the case of ageneral nonlinear elliptic operator and we suppose that the noise is additive and induced by a Q-Wiener process.The deterministic problem with a linear diffusion term is used to model phase separation in a binarymixture. The proof of existence for the stochastic problem is based on a change of function which involvesthe solution of the stochastic heat equation with a nonlinear diffusion term. We obtain a problem withoutthe noise term. This simplifies the application of the monotonicity method, which we use to identify thelimit of the nonlinear terms. In chapter 2, we prove the existence and uniqueness of the solution for a phasefield problem with multiplicative noises induced by Q-Wiener processes. This problem models for instancethe process of melting and solidification. To that purpose we apply the Galerkin method and derive a prioriestimates for the approximate solutions. The last step is to identify the limit of the nonlinear terms whichwe do by the so-called stochastic monotonicity method. Finally, in chapter 3, we prove the existence anduniqueness of a pathwise solution in space dimension up to 6 for the stochastic nonlocal Allen-Cahn equationwith a multiplicative noise induced by a Q-Wiener process. The usual compactness method for deterministicproblems cannot be applied in a stochastic context because of the additional probability variable. Therefore,we apply the stochastic compactness method

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Vaills, Yann. "Contribution à l'étude des transitions de phase structurales des pérovskites CsCaCl3 et CsPbCI3 par résonance paramagnétique électronique de l'ion Gd3+". Paris 6, 1986. http://www.theses.fr/1986PA066149.

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Les composés du titre synthétisés par la méthode Bridgman-Stockbaerger ont été étudiés à l'aide des sondes paramagnétiques Gd3+-S2-. Le groupe d'espace de CsCaCl3 en phase quadratique a été déterminé par diffraction RX. Détermination des paramètres des hamiltoniens de spin des sondes et interprétation dans le cadre des modèles de superposition et électrostatique. Etude des transformations de phase dans les deux composes.

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Marion, Antoine. "Dynamiques moléculaires utilisant un champ de force quantique semiempirique : développement et applications à des systèmes d'intérêt biologique". Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0169/document.

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Ce travail est destiné au développement de méthodes approchées de chimie quantique capables de traiter des systèmes biologiques de grande taille. En particulier, nous réalisons des simulations de dynamique moléculaire dans l'approximation de Born-Oppenheimer, permettant une description quantique de l'Hamiltonien électronique du système dans son entier : SEBOMD (SemiEmpirical Born-Oppenheimer Molecular Dynamics). Notre approche se base sur un Hamiltonien électronique semiempirique (SE). L'une des principales difficultés rencontrées lors d'une simulation SEBOMD de la phase condensée est représentée par le choix de la méthode SE. La plupart des méthodes courantes ne permettant pas une bonne description de certaines interactions fondamentales, nous avons développé une nouvelle approche. Cette méthode, dénommée PM3-PIF3, a été appliquée à l'étude par dynamique moléculaire de molécules organiques dans l'eau. Les résultats obtenus montrent que notre méthode est appropriée pour le traitement de molécules comportant des groupements hydrophobes et/ou hydrophiles en milieu aqueux. L'analyse des propriétés électroniques et vibrationnelles de ces molécules en présence du solvant valide également nos résultats vis-À-Vis d'autres études expérimentales et théoriques présentes dans la littérature. Finalement, nous nous sommes intéressés au processus d'autoprotolyse de l'eau en milieux confinés. Après avoir discuté du choix de l'Hamiltonien SE à utiliser pour cette étude, nous avons caractérisé le transfert de proton dans un agrégat d'eau. Nous avons établi une corrélation entre l'énergie libre associée à la première étape de ce transfert et certaines propriétés physiques collectives
The present work is devoted to the development of approximate quantum chemistry methods that are suitable to treat biological systems of large size. In particular, we run molecular dynamics under the Born-Oppenheimer approximation, allowing a quantum mechanical description of the electronic Hamiltonian of the full system: SEBOMD (SemiEmpirical Born-Oppenheimer Molecular Dynamics). Our method is based on a semiempirical (SE) electronic Hamiltonian. One of the key issues arising in a condensed phase SEBOMD simulation is represented by the choice of the SE method. Since most of the currently available approaches fail in describing some relevant intermolecular interactions, we developed a new correction of SE Hamiltonians. This method, which we named PM3-PIF3, was applied to study the molecular dynamics of organic molecules in water. The results that we obtained showed that our technique is suitable to treat molecules having hydrophobic and/or hydrophilic groups in an aqueous medium. The analysis of the electronic and vibrational properties of these molecules in the presence of the solvent validates our results with respect to experimental and theoretical studies in the literature. Finally, we investigated the water self-Dissociation process in confined environments. After discussing the choice of the SE Hamiltonian to be used for this purpose, we characterized the proton transfer in a water cluster. We established a correlation between the free energy of the first step of this process and some collective physical properties

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Tiwari, Vaishnvi. "A consistent approach for coupling lumped-parameter and phase-field models for in-vessel corium to thermodynamic databases". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLX087.

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Cette thèse de doctorat s’intéresse à la manière d’assurer une représentation thermodynamiquement consistante du corium en cuve (un mélange à haute température de matériaux fondus du cœur et des structures d’un réacteur nucléaire, décrit par le système U-O-Zr-acier) dans les modèles couplés de thermohydraulique-thermochimie mis en jeu pour l’étude des Accidents Graves (AG) des Réacteurs refroidis à l’Eau Légère (RELs), en particulier, pour la stratégie dite de rétention du corium en cuve. Dans ce contexte, l’utilisation d’une base de données thermodynamiques obtenue par la méthode CALPHAD apparait pertinente pour l’obtention des fermetures et données d’entrée des modèles de thermohydraulique et de thermochimie respectivement. Ces bases de données décrivent des modèles relatifs aux fonctions d’énergie de Gibbs des différentes phases possibles d’un système. Elles peuvent être utilisées pour évaluer les conditions possibles d’équilibre thermodynamique d’un système ainsi que ses propriétés thermodynamiques dans des conditions hors-équilibre.Dans ce travail, une approche systématique pour l’utilisation exhaustive de ces données CALPHAD dans les modèles couplés a été proposée. Les questions soulevées ont été traitées au travers de l’étude de modèles « maquettes » décrivant une partie des phénomènes relatifs au comportement du corium en cuve à des échelles macroscopique ou mésoscopique.Dans une première partie, la possibilité de construire les fermetures (sous la forme de relations enthalpie-température et de conditions locales d’équilibre) d’un modèle intégral à une échelle macroscopique à partir de données CALPHAD a été évaluée. En considérant le système ternaire U-O-Zr, ce modèle décrit le processus de solidification en front plan à la frontière d’un bain de corium fondu. Une seconde partie dans ce travail a été consacrée au développement d’une formulation générale pour des modèles à interface diffuse obtenus par une approche par champ de phase et s’adressant à la simulation de différents processus thermochimiques non-isothermes tels que la solidification ou la ségrégation de phase. Les questions relatives à la consistance thermodynamique du modèle ainsi qu’à la sélection de ses paramètres (en particulier, vis-à-vis de la mise à l’échelle de l’épaisseur d’interface) ont été traitées et des résultats numériques ont été discutés pour les systèmes binaires U-Zr et U-O dans des conditions isothermes
This Ph.D. thesis is focused on ensuring a thermodynamically consistent representation of in-vessel corium (a high temperature mixture of molten reactor core and structural materials, described as a U-O-Zr-steel system) in the coupled thermohydraulic-thermochemical models that are used for performing Severe Accident (SA) analysis of nuclear Light Water Reactors (LWRs); in particular, the In-Vessel Melt Retention (IVMR) Strategy. In this context, the use of a thermodynamic database obtained by the CALPHAD method seems relevant by providing closures and inputs to the thermohydraulic and thermochemical models respectively. These databases consist of models for Gibbs energy functions of the possible phases for a system that can be used to obtain the equilibrium thermodynamic description for the system as well as material thermodynamic properties for out-of-equilibrium conditions.Through this work, a systematic approach for ensuring extensive utilization of CALPHAD data in the coupled models has been developed, and the associated questions have been answered for ‘mock-up’ macroscopic and mesoscopic models developed for describing some of the phenomena pertaining to in-vessel corium behaviour.As a first step, the feasibility of using CALPHAD based closures (in the form of enthalpy-temperature relations and local equilibrium conditions) has been tested on the macroscopic model developed using the lumped parameter approach. Considering the ternary U-O-Zr system, this model describes the plane front solidification process at the boundary of a molten corium pool. The second part of the work is focused on the development of a general formulation for diffuse interface models under the phase-field approach, which can be used to simulate the kinetics of various thermochemical processes under non-isothermal conditions such as solidification and phase segregation. The questions related to the thermodynamic consistency of the model as well as its parameterization (in particular with respect to the up-scaling of the interface thickness) have been addressed and the numerical results have been discussed for binary U-Zr and U-O systems under isothermal conditions

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Zhao, Zhao. "Identification d'une nouvelle phase d'hydrure de zirconium et modélisation à l'échelle mésoscopique de sa précipitation". Thesis, Lille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LIL10166/document.

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Le combustible des réacteurs à eau sous pression (REP) est confiné par une première barrière appelée gaine combustible constituée d'alliages de zirconium. A ce jour, la plupart des gaines combustibles sont fabriquées en Zircaloy-4. En service, les tubes de gainages absorbent une fraction de l'hydrogène dégagée par la réaction de corrosion du métal. De nombreuses études ont démontré le caractère fragilisant des hydrures vis à-vis des propriétés mécaniques des tubes de gainage. Afin de garantir leur intégrité lors du maintien en service mais également une fois hors service (phases de transport et d'entreposage), il est nécessaire de pouvoir prédire le comportement des alliages de zirconium hydrurés en fonction de l'environnement dans lequel ils se trouvent (changements brusques de température, application d'une contrainte ... ). A ce jour il n'existe pas de modèle de précipitation permettant de rendre compte de la microstructure observée en présence d'une contrainte externe. Dans l'objectif de pallier au moins partiellement ce manque, une étude de caractérisation des hydrures a été menée en utilisant les techniques de la Microscopie Electronique en Transmission (MET). Elle a conduit à l'identification d'une nouvelle phase d'hydrure appelée <. A l'issue du travail de caractérisation, une modélisation de la précipitation de cet hydrure à l'échelle mésoscopique a été menée en utilisant un modèle de champ de phases développé au cours de ce travail
Ln pile, zirconium alloys in contact with the primary medium are submitted to hydrogen absorption that has significant consequences on their thermodynamic, mechanical and corrosion behaviors. Therefore, hydrogen in solid solution or hydrides precipitation can affect Zirconium alloys behaviors during service but also in long term storage and in accidental conditions. For both fundamentals aspects and safety reasons it is important te understand the precipitation process and to predict the influence various parameters like temperature, stresses, cooling rates and microstructure may have. Numerical modeling at the mesoscopic scale is an appealing approach to describe the precipitation and the "phase field" method appears to be particularly weil suited. The achievement of a realistic mesoscopic modeling should take into account an accurate kinetic, thermodynamic and structural data base in order to properly describe hydride nucleation, growth and coalescence as weil as hydride interaction with externat stresses. Such a data base relies on experimental data that are not always available; this is the reason why an accu rate structural characterization was performed. Therefore transmission electron microscopy observations were carried out on Zircaloy 4 specimens with various H contents. From this study, a new hydride phase called <, coherent with the matrix, was identified

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Chafia, Zakaria. "Numerical multiscale strategies and High Performance Computing for predicting the fracture behaviour of heterogeneous materials". Electronic Thesis or Diss., Université Gustave Eiffel, 2024. http://www.theses.fr/2024UEFL2069.

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L'objectif de cette thèse est de développer des méthodes numériques pour simuler la fissuration et le comportement à la rupture des structures hétérogènes quasi-fragiles. L'intégration des matériaux composites dans ces structures rend leur comportement fortement dépendant de la microstructure, et pouvant ainsi induire une anisotropie à l'échelle macroscopique. Pour capturer les effets d'échelle au niveau du comportement endommageable des structures hétérogènes, les simulations doivent être réalisées avec une description fine et détaillée de la microstructure. Dans un premier temps, une implémentation parallèle de la méthode phase field (réalisée dans un code propre) est proposée. Cette implémentation permet d'effectuer des simulations numériques directes des structures, en utilisant des modèles numériques très fins, sur des supercalculateurs en employant la méthode des éléments finis. Elle est basée sur une approche collaborative utilisant le partitionnement de données. Le domaine est décomposé en plusieurs sous-domaine, et chaque coeur réalise les calculs sur un sous-domaine, en assurant la communication et le partage de données avec les coeurs adjacents. Ensuite, une méthode multi-échelle basée sur les données est proposée pour modéliser l'endommagement anisotrope dans les structures quasi-fragiles. Cette approche utilise des résultats de calculs de fissuration sur des volumes élémentaires représentatifs (VER) comme données pour construire un modèle macroscopique de substitution décrivant la loi de comportement et l’évolution des variables internes macroscopiques. Une analyse harmonique de l’évolution du tenseur élastique au cours de la fissuration dans le VER combinée à l’homogénéisation numérique est utilisée pour définir le modèle d'endommagement anisotrope et les variables internes à l'échelle macroscopiques. Des techniques d’interpolation sont appliquées pour évaluer les lois d’évolution de ces variables internes. Une technique de régularisation est utilisée à l'échelle macroscopique pour éviter la dépendance du maillage. Enfin, dans le but de réduire le temps de calcul associé à la méthode phase field dans le cadre des éléments finis, une approche combinant des maillages fins et grossiers, se chevauchant au sein d'une même simulation, est développée. Le maillage fin est utilisé à proximité des défauts localisés afin de capturer avec précision l'initiation des fissures, tandis que le maillage grossier est utilisé loin de ces défauts pour optimiser le temps calcul, tout en assurant une description adéquate de la propagation des fissures. Le couplage entre les deux maillages est réalisé à l'aide d'une formulation variationnelle dans laquelle les énergies des modèles associés aux maillages fins et grossiers sont pondérées dans la zone de superposition
The objective of this thesis is to develop numerical methods for simulating fracture in quasi-brittle heterogeneous structures. The use of composite materials in these structures makes their damage behavior highly dependent on the microstructure, potentially inducing anisotropy at the macroscopic scale. To accurately capture scale effects influencing the damage behavior of heterogeneous structures, simulations must include a fine and detailed description of the microstructure. Initially, an in-house parallel implementation of the phase field method is proposed. This implementation enables direct numerical simulations of structures, using very fine numerical models, carried out on supercomputers employing the finite element method. It is based on a collaborative approach using data partitioning. The domain is decomposed into several subdomains, each core performs computations on a specific subdomain ensuring communication and data sharing with adjacent cores. Then, a Data-Driven multiscale method is proposed to model anisotropic damage in quasi-brittle structures. This approach uses damage calculations results on representative volume elements (RVEs) as data to build a surrogate model describing the behavior law and the evolution of macroscopic internal variables. A harmonic analysis of the elastic tensor evolution during crack propagation in the RVE combined with numerical homogenization is used to define the anisotropic damage model and the macroscopic internal variables. Multivariate interpolation techniques are applied to evaluate the evolution laws of these internal variables. A regularization technique is used at the macroscopic scale to avoid mesh-dependency. Finally, to reduce the computational time associated with the phase field method within the context of the finite element method, an approach bridging overlapping coarse and fine meshes within the same simulation is developed. The fine mesh is used in the vicinity of localized defects to accurately capture crack initiation, while the coarse mesh is used away from these defects to reduce computational time, while ensuring an adequate description of crack propagation. The coupling between the two overlapping meshes is achieved using a variational formulation in which the energies of the models associated with the fine and coarse meshes are weighted in the superposition zone

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Hüe, Florian. "Mesures de déformations dans des dispositifs de la microélectronique par microscopie électronique en transmission en haute résolution et holographie en champ sombre". Toulouse 3, 2008. http://thesesups.ups-tlse.fr/325/.

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Les matériaux cristallins sous contrainte font aujourd'hui partie intégrante des dispositifs de la microélectronique car ils offrent une amélioration considérable de la mobilité des porteurs dans les zones actives. Dans un premier temps, nous avons développé l'analyse de phases géométriques (GPA) d'images en haute résolution (HREM), en étudiant des couches minces de silicium en contrainte biaxiale sur des pseudo-substrats de SiGe. Les résultats obtenus pour différentes gammes de Si1-xGex et différentes épaisseurs de films minces, comparés à des simulations par éléments finis (FEM), ont permis d'optimiser cette méthode. La précision sur la mesure des déformations atteint 0,2% et le champ de vue 200 nm x 200 nm. Mesures expérimentales et simulations FEM ont également permis de quantifier l'effet de relaxation des lames minces de microscopie. L'étude d'un système plus complexe, un p-MOSFET, a montré la possibilité de cartographier pour la première fois les champs de déformations en deux dimensions avec une résolution spatiale pouvant atteindre 2 nm. Cette thèse présente également, dans un second temps, une nouvelle méthode développée au sein du CEMES-CNRS : l'holographie en champ sombre. Cette technique, nécessitant un canon à émission de champ et un biprisme électrostatique, permet de réaliser des franges d'interférences, entre une onde diffractée par un réseau cristallin parfait et une onde diffractée par un réseau déformé. Ainsi, il devient possible de cartographier les déformations sur un très large champ de vue (500 nm x 2 µm) avec une meilleure précision qu'en haute résolution : 0,02%
Strained silicon is now an integral feature of microelectronic devices due to the associated enhancement in carrier mobility. The general aim of this thesis is to explore how transmission electron microscopy can be used to measure strain in such systems. We show in particular how Geometric Phase Analysis (GPA) of High Resolution Electron Microscopy images (HREM) can be used to study thin layers of strained silicon grown upon virtual substrates of Si1-xGex. By studying different virtual substrate compositions and different layer thicknesses we have optimized the technique and evaluated its accuracy and reliability. Accuracy in strain measurement can reach 0. 2% for fields of view of 200 nm x 200 nm. The detailed comparison of experimental measurements and finite element simulations allows the quantification of thin foil relaxation for TEM lamellas. We show, for the first time, that strain can be mapped in two dimensions in an actual device, a p-MOSFET, with a spatial resolution of 2 nm. The second part concerns a new method developed in the CEMES-CNRS laboratory: dark-field holography. With the aid of a field emission gun and a biprism, interferometric fringes are created between a diffracted wave coming from a perfect crystal and a diffracted wave coming from a distorted area. Analysis of the hologram allows us to determine strain. Very large field of view (500 nm by 2 µm) can be obtained with an even better precision than HREM: 0. 02%. Finally, the complementarity of the two techniques is demonstrated through the study of various systems such as multichannel, uniaxial compressed p-MOSFETs (SiGe) with different channel lengths or uniaxial tensile strained n-MOSFETs (Si:C)

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Levine, Benjamin Isaiah. "Etudes des interférences au voisinage d'une surface". Toulouse 3, 2003. http://www.theses.fr/2003TOU30125.

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Paez, Espejo Miguel angel. "Modélisation et simulation du comportement spatiotemporel des transitions de phase dans les monocristaux moléculaires à transition de spin". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLV034/document.

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Ce travail est dédié à la modélisation multi-échelle des phénomènes liés à la transition de spin dans des composés du Fe(II). Le développement d'un modèle macroscopique type réaction-diffusion pour la transition de phase à partir de l'Hamiltonien d'Ising a permis l'étude théorique des aspects spatio-temporels de la fraction haut-spin lors de la transition de phase du premier ordre dans des monocristaux commutables. La comparaison à l'expérience a conduit à de très bons accords pour le comportement du front de transition, ce qui a permis de mieux comprendre les mesures de microscopie optique. Ce travail a été étendu à l'étude des effets photo-thermiques qui causent l'échauffement du cristal par la lumière du microscope conduisant à un système d'équations différentielles couplées tenant compte du couplage thermique avec le bain.Ces équations prédisent des comportements non-linéaires du cristal dans son domaine bistable, tels que l’existence d’effets autocatalytiques, dont les conditions d'émergence ont été précisées. La dernière partie de la thèse est consacrée à une extension du modèle électro-élastique. Ici on démontre que la frustration élastique est à l'origine de la transition de spin en deux étapes et des transitions incomplètes. Ceci nous a amené aussi à prédire l'organisation de structures complexes de la fraction haut-spin dans les phases intermédiaires. Plusieurs types d'auto-organisation ont été révélés dont des structures modulées de la fraction haut-spin. Ce type de comportements a été observé expérimentalement très récemment dans les composés à transition de spin
This work is devoted to the multiscale modeling of the spin transition phenomena in Fe(II) spin crossover compounds. The development of a macroscopic reaction-diffusion-like model for the phase transition from the Ising-like Hamiltonian allowed the theoretical study of the spatio-temporal behavior of the high-spin fraction accompanying the first-order phase transition in switchable spin crossover single crystals. The comparison to experiments led to an excellent agreement for the dynamics of the high-spin/low-spin interface which improved the understanding of the optical microscopy measurements. Next, this work was extended to the study of photothermic effects due to the crystal heating by the light of the microscope leading to a coupled system of differential equations accounting for the thermal coupling with the bath temperature. These equations predict nonlinear behaviors for crystals in the bistable region, such as the autocatalytic effects, for which we established the conditions of their emergence. The last part of this thesis is devoted to an extension of the electro-elastic model. Here we prove that the elastic frustration is at the origin of the existence of two-step and of incomplete spin crossover transitions. Furthermore, this model allowed us to predict structures of complex patterns in high-spin fractions for intermediate phases. Several types of self-organisation were revealed such as the spatially-modulated structures of the high-spin fractions. Some of these behaviors have been experimentally observed, very recently, in spin crossover compounds

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Malveau, Cédric. "Microscopie RMN en phases liquide et solide par gradients de champ radiofréquenceApplication au PolyEthylène haute densité : structure du matériau et diffusion de solvant". Nancy 1, 2000. http://www.theses.fr/2000NAN10062.

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Le travail présenté dans ce mémoire de thèse porte sur les développements méthodologiques réalisés en résonance magnétique nucléaire (RMN) par gradient de champ radiofréquence et sur leurs applications sur le polyéthylène haute densité (PEhd). Ce mémoire comporte trois parties. Le premier chapitre est consacré à l'imagerie en phase liquide, permettant de suivre l'évolution de la pénétration du toluène dans le PEhd au cours du temps. Nous avons pu visualiser l'influence de la "peau de figeage". Nous avons également réalisé une cartographie en temps de relaxation (T 1 et T 2) du toluène dans le polymère, et nous avons montré que leur distribution statistique était en relation avec le caractère isotrope ou anisotrope du matériau. La mesure de coefficients de diffusion (moléculaire comme macroscopique) est le sujet du deuxième chapitre. Cette détermination permet de caractériser le matériau grâce à la visualisation de la diffusion restreinte, qui apporte des informations sur l'environnement spatial du solvant. Des domaines de quelques microns regroupant plusieurs canaux ont été ainsi mis en évidence. Des mesures complémentaires, basées sur une expérience d'absorption ainsi que des simulations numériques des images en densité de spins obtenues au cours du premier chapitre, ont également été réalisées. Elles ont montré que la diffusion du toluène dans le polymère était plus aisée que sa pénétration. Enfin, le troisième chapitre porte sur une nouvelle technique d'imagerie de déplacement chimique en phase solide. Celle-ci permet d'obtenir une double information, l'une de nature chimique, L'autre spatiale. Nous parvenons à une visualisation des différentes phases morphologiques de notre polymère, montrant ainsi une hétérogénéité spatiale de la phase amorphe au sein de l'échantillon dit anisotrope.

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De, Rancourt Victor. "Modélisation de l’oxydation des aciers inoxydables polycristallins par une approche en champs de phases couplée avec la mécanique". Thesis, Paris, ENMP, 2015. http://www.theses.fr/2015ENMP0021/document.

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Les aciers austénitiques et alliages à base de nickel sont des matériaux de choix pour leurs propriétés mécaniques à haute température. L'enrichissement en chrome améliore leur durabilité de part la formation d'une couche d'oxyde protectrice à l'exemple de la chromine (Cr2O3).Il est néanmoins établi, par des essais mécaniques sous vide, que l'oxydation réduit de manière notable leur durée de vie en fatigue.En effet, la croissance d'oxyde peut être accompagnée d'une introduction de défauts tels que l'injection de lacunes, d'éléments délétères comme l'hydrogène mais également de contraintes résiduelles, etc., dans le métal.Les micromécanismes de fissuration sont ainsi régis par des interactions complexes entre l'environnement et la surface du métal, faisant intervenir composition chimique et microstructure.Aujourd'hui, les enjeux de sécurité et de compétitivité font de la prévision de la durée de vie de ces alliages une nécessité pour l'industrie nucléaire.L'augmentation de la dimension des modèles permet de prendre en compte de manière explicite les interactions multiphysiques du couple oxyde/métal sous l'action d'un chargement mécanique.La thèse s'inscrit dans cette démarche et propose une formulation d'un modèle de champ de phases couplé avec la mécanique et fondé sur les principes de la thermodynamique des milieux continus.Le comportement effectif de l'interface est présentement obtenu via des méthodes d'homogénéisation permettant de combiner des comportements mécaniques dissemblables, à l'image d'un substrat ductile et de son oxyde fragile.Les contraintes induites par la formation d'oxyde et également par le chargement mécanique peuvent être relaxées viscoplastiquement, de manière isotrope et anisotrope, respectivement dans l'oxyde et dans le substrat.Des simulations par éléments finis de l'oxydation généralisée ainsi que de l'oxydation intergranulaire sous chargement mécanique sont effectuées.Ces dernières mettent en évidence la possibilité d'un phénomène d'oxydation catastrophique par la génération de contraintes de tensions dans l'oxyde fragile, lesquelles peuvent être localisées le long des intrusions d'oxyde dans les joints de grains
Austenitic stainless steels and nickel based alloys are widely used for their mechanical properties at high temperatures.Their durability can be increased by the addition of chromium resulting in the formation of a protective oxide layer such as chromia (Cr2O3).Nevertheless, it is established from vacuum mechanical tests that oxidation significantly decreases their fatigue life.In fact, oxide growth can be followed with the injection of defects such as vacancies, deleterious chemical elements and residual stresses, etc., into the metal.The resulting cracking micromechanisms are therefore governed by complex interactions between the environment and the metal surface, implying the chemical composition and the microstructure of the metal.To date, materials life prediction is a necessity for the nuclear industry due to safety and economic issues.The enhancement of the model dimensionality allow to explicitly account for multi-physics interactions between oxide and metallic phases under mechanical loads.The thesis is in line with it and relies on the development of a phase field model coupled with mechanics that heavily relies on the principles of continuum thermodynamics.The effective behaviour of the interface is obtained by homogenisation methods allowing the mixture of separate behaviours, as it is the case on a ductile metallic substrate and its fragile oxide.Oxide growth residual stresses and mechanical load induced stresses can be relaxed by viscoplasticity, which is isotropic and anisotropic respectively for the oxide and the substrate.Full field finite element simulations are performed to study both generalised and intergranular oxidation under mechanical loads.The simulations highlight the possibility of triggering breakaway oxidation by the generation of tensile stresses in the fragile oxide, which can be localised along oxide intrusions at grain boundaries

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Li, Tianyi. "Gradient-damage modeling of dynamic brittle fracture : variational principles and numerical simulations". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLX042/document.

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Une bonne tenue mécanique des structures du génie civil en béton armé sous chargements dynamiques sévères est primordiale pour la sécurité et nécessite une évaluation précise de leur comportement en présence de propagation dynamique de fissures. Dans ce travail, on se focalise sur la modélisation constitutive du béton assimilé à un matériau élastique-fragile endommageable. La localisation des déformations sera régie par un modèle d'endommagement à gradient où un champ scalaire réalise une description régularisée des phénomènes de rupture dynamique. La contribution de cette étude est à la fois théorique et numérique. On propose une formulation variationnelle des modèles d'endommagement à gradient en dynamique. Une définition rigoureuse de plusieurs taux de restitution d'énergie dans le modèle d'endommagement est donnée et on démontre que la propagation dynamique de fissures est régie par un critère de Griffith généralisé. On décrit ensuite une implémentation numérique efficace basée sur une discrétisation par éléments finis standards en espace et la méthode de Newmark en temps dans un cadre de calcul parallèle. Les résultats de simulation de plusieurs problèmes modèles sont discutés d'un point de vue numérique et physique. Les lois constitutives d'endommagement et les formulations d'asymétrie en traction et compression sont comparées par rapport à leur aptitude à modéliser la rupture fragile. Les propriétés spécifiques du modèle d'endommagement à gradient en dynamique sont analysées pour différentes phases de l'évolution de fissures : nucléation, initiation, propagation, arrêt, branchement et bifurcation. Des comparaisons avec les résultats expérimentaux sont aussi réalisées afin de valider le modèle et proposer des axes d'amélioration
In civil engineering, mechanical integrity of the reinforced concrete structures under severe transient dynamic loading conditions is of paramount importance for safety and calls for an accurate assessment of structural behaviors in presence of dynamic crack propagation. In this work, we focus on the constitutive modeling of concrete regarded as an elastic-damage brittle material. The strain localization evolution is governed by a gradient-damage approach where a scalar field achieves a smeared description of dynamic fracture phenomena. The contribution of the present work is both theoretical and numerical. We propose a variationally consistent formulation of dynamic gradient damage models. A formal definition of several energy release rate concepts in the gradient damage model is given and we show that the dynamic crack tip equation of motion is governed by a generalized Griffith criterion. We then give an efficient numerical implementation of the model based on a standard finite-element spatial discretization and the Newmark time-stepping methods in a parallel computing framework. Simulation results of several problems are discussed both from a computational and physical point of view. Different damage constitutive laws and tension-compression asymmetry formulations are compared with respect to their aptitude to approximate brittle fracture. Specific properties of the dynamic gradient damage model are investigated for different phases of the crack evolution: nucleation, initiation, propagation, arrest, kinking and branching. Comparisons with experimental results are also performed in order to validate the model and indicate its further improvement

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Baudrillard, Vincent. "Etude structurale par résonance magnétique nucléaire mono- et bidimensionnelle haut-champ de carbanions vinyliques à fonction carbonyle masquée". Rouen, 1996. http://www.theses.fr/1996ROUES024.

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Les caractéristiques spectrales en résonance magnétique nucléaire du proton, du carbone et du silicium des éthers d'énol silylés β-silylés ont été déterminées via un certain nombre d'expériences de résonance magnétique nucléaire spécifiquement mises au point et optimisées pour ces composés. Les produits secondaires obtenus lors de la synthèse des éthers d'énol silylés β-silylés ont été identifiés grâce à ces techniques résonance magnétique nucléaire mono- et bidimensionnelles et grâce à la spectrométrie de masse couplée à la chromatographie en phase gazeuse. Ces analyses montrent que l'addition de t-butyllithium sur les éthers d'énol silylés β-bromés entraîne une compétition entre une réaction d'échange halogène-métal (majoritaire), une réaction de désilylation de la fonction éther d'énol silylé et une réaction de métallation. Les espèces réactives formées lors de l'addition de t-butyllithium sur les éthers d'énol silylés beta bromés ont été analysées par résonance magnétique nucléaire du proton, du carbone et du silicium à basse température entraînant exclusivement une réaction d'échange halogène-métal avec une formation d'espèces purement carbanioniques et que l'addition de tétrahydrofurane à ces espèces carbanioniques entraînait leur transposition en espèces énoliques avec un rendement satisfaisant (r>30%) si la température du milieu est convenablement contrôlée (élévation lente).

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Raymond, Nicolas. "Méthodes spectrales et théorie des cristaux liquides". Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00424859.

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Cette thèse est consacrée à deux types de problèmes.
Le premier et principal aspect de ce travail concerne l'analyse semi-classique de la plus petite valeur propre $\la_1(B,\A)$ de la réalisation de Neumann de l'opérateur de Schrödinger magnétique $(i\nabla+B\A)^2$ dans le cas où le champ magnétique $\bbeta=\nabla\times\A$ n'est pas uniforme. Plus précisément, en dimension 2, nous établissons un développement asymptotique à deux termes de $\la_1(B,\A)$ lorsque $B$ tend vers l'infini et démontrons simultanément des résultats de localisation pour les premières fonctions propres correspondantes ; pour ce qui est du problème en dimension 3, nous étudions d'une part des estimations uniformes pour une famille de champs magnétiques d'intensité constante (en vue de l'application à une famille spéciale apparaissant à l'occasion de la théorie des cristaux liquides) et d'autre part nous nous plaçons dans des hypothèses génériques sur le champ magnétique et prouvons une majoration qui laisse conjecturer l'expression des deuxième et troisième termes du développement asymptotique.
Le deuxième aspect de cette thèse est l'étude de la transition de phase en théorie des cristaux liquides. Nous mettons en évidence une température critique pour la fonctionnelle de Landau-de Gennes qui permet de déterminer, lorsque certains coefficients de la fonctionnelle appelés constantes d'élasticité explosent, la phase dans laquelle se trouve le cristal liquide (nématique ou smectique). Par ailleurs, nous sommes amenés à introduire une nouvelle fonctionnelle (en imposant une condition de Dirichlet non homogène) en vue d'obtenir des informations plus quantitatives.

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Wu, Yi. "Topology optimization in structural dynamics : vibrations, fracture resistance and uncertainties". Thesis, Paris Est, 2022. http://www.theses.fr/2022PESC2007.

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L'objectif de cette thèse est de développer des méthodes d'optimisation topologiques basées sur la densité pour plusieurs problèmes difficiles de structure en dynamique. Premièrement, nous proposons une stratégie de normalisation en élasto-dynamique en vue d'obtenir une distribution optimale de matériau dans la structure qui réduit la réponse aux excitations dynamiques en fréquence et améliore la stabilité numérique dans la méthode BESO (bi-directional evolutionary structural optimisation). Ensuite, pour décrire les incertitudes de paramètres pouvant intervenir dans des problèmes réalistes en ingénierie, un modèle d'incertitudes à intervalle hybride est développé pour prendre en compte les incertitudes dans le problème d'optimisation en dynamique. Une méthode de perturbation est développée pour une optimisation topologique robuste vis-à-vis des incertitudes et permettant des gains de temps de calculs importants. De plus, nous introduisons un modèle d'incertitude de champ d'intervalle dans ce cadre. L'approche est appliquée à l'optimisation topologique des structures mono-matériaux, composites et multi-échelles. Enfin, nous développons un cadre d'optimisation topologique pour la résistance des structures à la fissuration quasi-fragile dans un cadre dynamique, par combinaison avec la méthode de champs de phase. Ce cadre est étendu à la conception de structures résistantes à des impacts. Contrairement aux approches basées sur les contraintes, la totalité de la propagation des fissures est prise en compte dans le processus d'optimisation
The objective of this thesis is to develop density based-topology optimization methods for several challenging dynamic structural problems. First, we propose a normalization strategy for elastodynamics to obtain optimized material distributions of the structures that reduces frequency response and improves the numerical stabilities of the bi-directional evolutionary structural optimization (BESO). Then, to take into account uncertainties in practical engineering problems, a hybrid interval uncertainty model is employed to efficiently model uncertainties in dynamic structural optimization. A perturbation method is developed to implement an uncertainty-insensitive robust dynamic topology optimization in a form that greatly reduces the computational costs. In addition, we introduce a model of interval field uncertainty into dynamic topology optimization. The approach is applied to single material, composites and multi-scale structures topology optimization. Finally, we develop a topology optimization for dynamic brittle fracture structural resistance, by combining topology optimization with dynamic phase field fracture simulations. This framework is extended to design impact-resistant structures. In contrast to stress-based approaches, the whole crack propagation is taken into account into the optimization process

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Zhang, Qi. "Théorie et simulation de la conjugaison de phase magnéto-acoustique". Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00343775.

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Cette thèse présente des solutions analytiques en conjugaison de phase acoustique unidimensionnelle dans un milieu actif. Le conjugateur dans ces études est en contact direct avec des milieux passifs et la zone active peut occuper la totalité ou une partie du conjugateur.

La base de la théorie développée dans cette thèse est une analyse directe par une méthode multi-échelle. Les résultats sont obtenues sous une formes simple à utiliser : le seuil du mode supercritique, les taux de croissance et sa relation avec les répartitions spatiales de contrainte dans le conjugateur sont donnés sous forme analytique.

Une approche du problème de focalisation est présentée par transposition des résultats 1D à la symétrie sphérique. Toutes les solutions analytiques sont comparées avec des résultats numériques. Enfin le problème de la conjugaison de phase en 2D est initié numériquement.

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Kneur, Jean-Loic. "Calculs perturbatifs variationnellement améliorés en théorie des champs; calcul du spectre et contraintes sur le modèle supersymétrique standard". Habilitation à diriger des recherches, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00265720.

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Je discute quelques activités récentes en deux parties indépendantes. La première partie décrit une technique de resommation particulière des séries perturbatives qui peut donner des résultats non-perturbatifs dans certains cas. On détaille quelques applications en théorie des champs et de la matière condensée. Dans la deuxième partie, on développe quelques activités récentes en phénoménologie du modèle supersymétrique standard minimal, concernant le calcul précis du spectre de masse des particules supersymétriques, le calcul de la densité relique de matière noire supersymétrique, et les contraintes théoriques et expérimentales actuelles qu'on peut en déduire sur certains modèles.

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Zaim, Mohammed. "Modélisation numérique de la localisation de l'écoulement et des déformations dans les milieux poreux partiellement saturés". Electronic Thesis or Diss., Ecole centrale de Nantes, 2023. http://www.theses.fr/2023ECDN0024.

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L’écoulement sous forme dedigitation (fingering en anglais) est uneinstabilité hydraulique qui se produit dans lesmilieux poreux partiellement saturés en raisondu déplacement du fluide en place dans lespores par un autre fluide caractérisé par unedensité et une viscosité différente. Dans le casdu déclenchement de cette instabilité l’interfaceséparant les deux fluides devient instable etforme des doigts (fingers). Les modèlesclassiques décrivant l’écoulement dans lesmilieux poreux partiellement saturés nepermettent pas de modéliser ce phénomèneétant basés sur une loi de comportementdonnée par la courbe de rétention, qui reliedirectement la pression capillaire au degré desaturation. Afin de tenir compte de la digitationun modèle à gradient qui repose sur uneapproche de champs de phase pour les milieuxporeux partiellement saturés déformables estadopté dans le cadre de ce travail.La mise en place numérique de ce modèleporomécanique enrichi par la méthode deséléments finis permet, d'une part, de simuler ledéveloppement de la digitation et, d'autre part,de capturer son effet sur la déformationirréversible, et éventuellement localisée, dusquelette solide. L'application envisagéeconcerne le comportement des sols à grainsfins dont le comportement dilatant/contractantsuscite de plus en plus l'intérêt de lacommunauté scientifique tant dans le domainede la recherche expérimentale que dans celuide la modélisation numérique
Fingering flow is a hydraulicinstability that occurs in partially saturatedporous media due to the displacement of thefluid in place in the pores by another fluidcharacterized by a different density andviscosity. When this instability is triggered, theinterface separating the two fluids becomesunstable, forming fingers. Traditional modelsdescribing flow in partially saturated porousmedia are unable to model this phenomenon, asthey are based on a constitutive law given bythe retention curve, which directly relatescapillary pressure to the degree of saturation. Inorder to account for fingering, a gradient modelbased on a phase field approach for deformablepartially saturated porous media is adopted inthis work.The numerical implementation of this newporomechanical model, using the finiteelement method, allows characterizing on theone hand the occurrence of fingering hydraulicinstabilities and on the other one to capturetheir effects on the irreversible, and possibleunstable, deformation of the solid skeleton. Theenvisaged application concerns the behavior offine-grained soils whose dilatant/contractantbehavior is more and more attracting theinterest of the scientific community both in thefields of experimental research and numericalmodeling

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Al, Alam Adel F. "Modélisation au sein de la DFT des propriétés des structures électronique et magnétique et de liaison chimique des Hydrures d'Intermétalliques". Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00403205.

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aCette thèse présente une étude modélisatrice de différentes familles d'intermétalliques et de leurs hydrures qui présentent un intérêt à la fois fondamental et appliqué. Deux méthodes complémentaires construites au sein de la théorie de la fonctionnelle densité (DFT) ont été choisies : d'une part celle à base de pseudo potentiels (VASP) pour l'optimisation géométrique, la recherche structurale et la cartographie de localisation électronique (ELF), d'autre part celle de type "tous-électrons" (ASW), pour une description détaillée de la structure électronique, des propriétés de liaison chimique suivant différents schémas et des quantités impliquant les électrons de c\oe ur comme le champ hyperfin. Un accent particulier est mis sur les rôles compétitifs des effets magnétovolumiques par rapport à ceux chimiques (liaison métal-H) dans les phases hydrurées, binaires de Laves (ex. ScFe2) et de Haucke (ex. LaNi5) et ternaires à base de cérium (ex. CeRhSn) et d'uranium (ex. U2Ni2Sn).

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Bronchart, Quentin. "Développement de méthodes de champs de phase quantitatives et applications à la précipitation homogène dans les alliages binaires". Cergy-Pontoise, 2006. http://biblioweb.u-cergy.fr/theses/06CERG0302.pdf.

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Nous développons ici des méthodes de Champ de Phase quantitatives sur les échelles de temps et d’espace. Le but est de prédire à l’échelle mésoscopique les évolutions microstructurales liées à la précipitation homogène dans un alliage binaire faiblement sursaturé. Tout d’abord, nous présentons les fondements statistiques des approches purement phénoménologiques. Dans ce cadre, nous considérons deux cas distincts. Premièrement, nous calibrons une équation d’évolution stochastique du type Allen-Cahn sur une dynamique Monte Carlo. Deuxièmement, nous calibrons une équation d’évolution stochastique du type Cahn-Hilliard sur des données expérimentales définissant un alliage donné. Ensuite, nous abandonnons l’approche phénoménologique et présentons une procédure de moyenne locale permettant d’obtenir, à partir d’une cinétique définie à l’échelle atomique, une formulation nouvelle des méthodes de champ phase et de leurs ingrédients: densité d’énergie libre, mobilités, terme stochastique
In this study, quantitative phase field modelings are developped. The quantitative aspect concerns the time and space scales. The aim is to predict at the mesoscale the microstructural evolutions of a homogeneous precipitation in a weakly supersaturated binary alloy. In a first part, the statistical basements of the phenomenological approaches are presented. In this phenomonological framework, we analyse two different cases. First, we calibrate the stochastic equation of evolution of the Allen-Cahn type on a Monte Carlo kinetic. Second, we calibrate the stochastic equation of evolution of the Cahn-Hilliard type on some experimental data that characterize the considered alloy. Finally, the purely phenomenological approach is abandoned and we present a coarse-graining procedure which allows to obtain, starting from a kinetic model defined at the atomic scale, a new formulation for the phase field modeling and its ingredients: density of free energy, mobilities, stochastic terms

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Balboa, lópez Hector. "Simulation of thermomechanical properties of U-PuO2 nuclear fuel under irradiation". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLX108/document.

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L’objectif de cette thèse a été d’utiliser une approche numérique pour étudier l’impact des dommages d'irradiation sur la microstructure du combustible nucléaire composé d'un mélange d’oxyde de plutonium et d’uranium (MOX). Cette approche, réalisée à l'échelle atomique, repose sur l'utilisation de potentiels empiriques développés dans la littérature pour l'oxyde mixte $(U,Pu)O_2$ dans l’approximation des interactions d’ions rigides.Une première étape a été une analyse critique des propriétés structurales, thermodynamiques et mécaniques prédites par 5 potentiels de la littérature. Les calculs de dynamique moléculaire ont été réalisés à l'aide du code LAMMPS, sur l'ensemble de la gamme de composition de $UO_2$ à $PuO_2$ et à des températures comprises entre 300 K et le point de fusion. Nous montrons que les potentiels les plus satisfaisants sont ceux développés par Cooper et Potashnikov. Ces deux potentiels reproduisent correctement la stabilité thermodynamique des phases ainsi que l'évolution en température des paramètres de maille et de la chaleur spécifique. Cependant le comportement mécanique des oxydes est différent selon le potentiel choisi. Tout d'abord, on note que les constantes élastiques et le facteur d'anisotropie obtenus par le potentiel Cooper sont plus fidèles aux recommandations de la littérature. Ensuite, nous montons que la propagation d'une fracture induit une transformation de phase en pointe de fissure avec le potentiel de Cooper alors qu'une fissuration fragile est observée avec le potentiel Potashnikov.Une seconde étape a été l'étude des dommages d'irradiation dans les oxydes mixtes en se limitant à l'utilisation des deux potentiels de Cooper et de Potashnikov. Des calculs de dynamique moléculaire de cascades de déplacement ont été réalisés à différentes énergies, température et compositions en plutonium. Ensuite, afin d'évaluer les dommages d'irradiation sur des temps plus longs que ceux accessibles en dynamique moléculaire, la méthode d’accumulation de défauts a été utilisée. Pour les deux potentiels, l’évolution des dommages primaires avec l’augmentation de la dose suit globalement les mêmes étapes que celles trouvées précédemment dans $UO_2$. Tout d’abord, les défauts ponctuels sont créés. Par la suite, ils se regroupent et forment de petites boucles de Frank, qui après se transforment en dislocations parfaites. Cependant, la cinétique de la recombinaison de défauts ponctuels est significativement plus lente avec le potentiel de Cooper ce qui conduit à la création de petites régions désordonnées pour les cascades d'énergie élevée. L’effet de la teneur en plutonium est analysé. Nous montrons en particulier que la densité de dislocations crée diminue lorsque la teneur en plutonium augmente.Bien que la dynamique moléculaire a été décrite comme un microscope moléculaire en raison de sa capacité à décrire avec précision des systèmes atomiques, elle présente un inconvénient majeur, celui lié aux temps de l’ordre de la femto-seconde nécessaires pour résoudre les vibrations atomiques. Cela limite le temps total de simulation approximativement quelques nanosecondes. Afin de stimuler les processus, tels que la diffusion de cations, un autre outil de calcul est nécessaire. Les techniques de Monte Carlo (KMC) atomiques peuvent simuler de plus longtemps que la dynamique moléculaire . Cependant, pour que KMC fonctionne avec précision, il est nécessaire de connaître a priori tous les mécanismes de transition entre les états possibles. Pour cette raison, la method de Monte Carlo cinétique adaptative (aKMC) est choisie pour surmonter ces limitations. Cette méthode détermine les états de transition disponibles pendant la simulation. De cette manière, elle entraîne le système dans des états imprévus via des mécanismes complexes. La puissance de cet outil s'est révélée efficace pour découvrir la recombinaison de cations sur de plus longues périodes de temps que la DM
The objective of this doctoral research is to use a numerical approach to study the impact of irradiation damage on the microstructure of the mixed uranium-plutonium oxide fuel (MOX). This numerical approach comprises mainly the use of Molecular Dynamics (MD) using empirical potential. Several empirical potentials for $(U,Pu)O_2$ can be found in the literature. The results of these potentials can exhibit significant differences. For this reason an extensive assessment of the main empirical potential found in the literature had to be performed.Five empirical interatomic potentials were assessed in the approximation of rigid ions and pair interactions for the $(U_{1-y},Pu_y)O_2$ solid solution. Simulations were carried out on the structural, thermodynamics and mechanical properties over the full range of plutonium composition, meaning from pure $UO_2$ to pure $PuO_2$ and for temperatures ranging from 300 K up to the melting point. The best results are obtained by potentials referred as Cooper and Potashnikov. The first one reproduces more accurately recommendations for the thermodynamics and mechanical properties exhibiting ductile-like behaviour during crack propagation, whereas the second one gives brittle behaviour at low temperature.From our results from the empirical potentials assessment, we can move to the radiation damage using only two potentials (Cooper and Potashnikov). In order to know the main source of defect during irradiation, MD displacement cascades were simulated. This revealed the damage created due to varying projectile energies. In addition, the Frenkel pair accumulation method was chosen to investigate the dose effect. This method circumvents the highly computing time demanding accumulation of displacement cascade by directly creating their final states, i.e. mainly point defects. Overall, results obtained with both potentials show the same trend. However, kinetics of point defect recombination are significantly slower with Cooper potential implying creation of small disordered region with high energy displacement cascades. The evolution of the primary damage with increasing dose follows the same steps as those found previously in pure $UO_2$. First, point defects are created. Subsequently, they cluster and form small Frank loops, which in turn transform and grow into unfaulted loops. We demonstrate also that increasing temperatures accelerate the production of dislocations shifting their creation to lower doses. The effect of the plutonium content is also evidenced, especially with Cooper potential. It shows that the dislocation density decreases when the plutonium content increases.Although, MD has been described as a molecular microscope due to its ability to discribe accuratily systems of atoms, it has a large drawback that is the short time steps of the order of femto-seconds needed to resolve the atomic vibrations. This limits the time typically few microsecond. In order to invetigate processess, such as, cation diffusion and rare-event annihilation of defects after cascaces, another computational tool is required. Atomistic or object kinetic Monte Carlo (KMC) techniques can run for longer timescales than MD. However, for KMC to work accurately, all of the possible inter-state transition mechanisms and their associated rates need to be known a priori. For this reason, the adaptive kinetic Monte Carlo (AKMC) is chosen to overcome these limitations. This method determines the available transition states during simulation. In this way, it takes the system into unforeseen states via complex mechanisms. The power and range of this tool proved to be efficient to discover cation Frenkel pair recombination over a longer periods of time than MD

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Walter, Jean-Charles. "Etude numérique des corrections d'échelle au comportement dominant à l'équilibre et hors de l'équilibre". Phd thesis, Université Henri Poincaré - Nancy I, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00440099.

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La première partie a pour sujet le comportement à l'équilibre du modèle d'Ising pour d>4. Dans un premier temps, nous étudions le comportement thermique dans le cadre du comportement d'échelle étendu. Par interpolation de données numériques en dimensions cinq à huit, nous obtenons un développement décrivant la susceptibilité dans toute la phase haute température. Dans un second temps, nous étudions les effets de taille finie. Les résultats numériques obtenus pour le modèle d'Ising 5d sont compatibles avec une croissance anormale de la longueur de corrélation pour des conditions de bords libres. La seconde partie a pour sujet le vieillissement dans les systèmes de spins 2d complètement frustrés. Dans un premier temps, nous étudions le vieillissement du modèle d'Ising complètement frustré 2d lors d'une trempe depuis la phase haute température jusqu'à la température critique. La présence de défauts topologiques, comme pour le modèle XY, se manifeste par des corrections logarithmiques lors de la croissance de la longueur caractéristique. Dans un second temps, nous étudions le vieillissement du modèle XY complètement frustré 2d. Lors d'une trempe depuis l'état fondamental jusque dans la ligne critique, le vieillissement des spins est bien décrit par les ondes de spins. Lors d'une trempe depuis la phase haute température jusqu'à la température BKT pour les spins et jusqu'à la température de brisure de symétrie de la chiralité, nous estimons les grandeurs universelles des deux variables. Les résultats pour la chiralité sont incompatibles avec la classe d'universalité du modèle d'Ising 2d. Des corrections logarithmiques sont également présentes.

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Rasheed, Amer. "Solidification Dendritique de Mélanges Binaires de Métaux sous l'Action de Champs Magnétique: Modélisation, Analyse Mathématique et Numérique". Phd thesis, INSA de Rennes, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00565743.

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La compréhension du comportement des matériaux en présence d'impuretés, durant le processus de solidification, nécessite le développement de méthodologies appropriées pour une analyse et un contrôle efficace des changements topologiques des microstructures (par exemple, la formation des dendrites) au cours des différentes phases de transformation. L'objectif de cette thèse est de construire un modèle pertinent de solidification d'alliages binaires sous l'action de champs magnétiques, d'analyser les systèmes issus du modèle mathématique ainsi développé, d'un point de vue théorique et numérique, et enfin de développer une méthode de contrôle optimal afin de contrôler la dynamique du front de solidification par l'action du champs magnétiques. Dans un premier temps, nous avons décrit la physique du problème et les lois fondamentales nécessaires à la modélisation, puis nous avons construit un nouveau modèle de champ de phase, qui tient compte de l'influence de l'action du champ magnétique sur le mouvement du front de solidification. Le modèle ainsi développé est caractérisé par le couplage de trois systèmes : un de type magnétohydrodynamique, un second de type Warren-Boettingger avec convection (représentant l'évolution du front de solidification et la concentration du mélange binaire) et un troisième représentant l'évolution de la température. Les équations du système complet décrivant le modèle, dans un domaine Ω inclus dans R^{n}, n ≤ 3, sont évolutives, non linéaires, couplées et anisotropes. Dans une seconde partie, nous avons effectué l'analyse théorique du modèle développé dans le cas isotherme et isotrope en dimension deux. Nous avons obtenu des résultats d'existence, de régularité, de stabilité et d'unicité d'une solution, sous certaines conditions sur des opérateurs non linéaires du système. Enfin, nous avons développé une méthode de contrôle optimal non linéaire : le champ magnétique (qui intervient sous forme multiplicative) joue le rôle de contrôle, et l'observation est l'état désiré de la dynamique du front. Nous avons démontré l'existence d'une solution optimale et obtenu la sensibilité de l'opérateur solution et les conditions d'optimalité en introduisant un problème adjoint. Cette partie théorique de la thèse est complétée par un important travail numérique. L'analyse et les simulations numériques ont été menées sur le problème complet bi-dimensionnel non linéaire (isotrope et anisotrope). Nous avons utilisé pour la discrétisation la méthode des lignes qui consiste à considérer séparément la discrétisation temporelle et spatiale. La discrétisation spatiale est effectuée par un schéma d'éléments finis mixtes et le système différentiel algébrique obtenu est résolu par l'utilisation du solveur DASSL. La discrétisation du domaine est effectuée par des mailles triangulaires non structurées. Dans le cas réaliste, elles correspondent à un maillage non uniforme et trés fin dans la zone de la dendrite et au niveau de l'interface. Nous avons obtenu des estimations d'erreur pour les différentes variables d'état du modèle et analysé la robustesse et la stabilité des schémas d'approximation. Ce code numérique a été validé sur différents exemples, et donne d'excellents résultats. Ensuite, nous avons exploité le code pour traiter un problème réaliste, à savoir la solidification dendritique d'un alliage binaire Nickel-Cuivre, et analyser l'influence de champs magnétiques sur l'évolution des dendrites. Les résultats obtenus montrent l'efficacité de l'approche à reproduire les observations expérimentales.

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Vernyhora, Iryna. "Modélisation à l'échelle atomique de l'évolution microstructurale dans les alliages Ni-Fe : corrélation entre les propriétés magnétiques et structurales". Phd thesis, Rouen, 2009. http://www.theses.fr/2009ROUES022.

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Streszczenie:

Les alliages Fe-Ni sont largement utilisés en raison de leurs propriétés intéressantes fondamentales découlant de la coexistence de l'orde chimique et l'ordre magnétique. L'objectif de ce travail était de comprendre l’influence mutuelle de ces deux mises en ordre sur les propriétés thermodynamiques d’équilibre et la cinétique dans les alliages Permalloy (Ni3Fe). A partir de simulations Monte Carlo et de type Champ Moyen, nous avons mis en évidence l'effet des interactions magnétiques sur la température de transition ordre/désordre et réciproquement, l'influence des interactions chimiques sur la température de Curie. La cinétique de précipitation a été étudiée à partir de l'équation de microdiffusion d’Onsager en utilisant les paramètres déduits de calculs ab-initio. Ces simulations ont montré l'influence des interactions magnétiques sur la formation des particules L12 stable. Les deux types de simulations, thermodynamique et cinétique, ont donc confirmé l'importance de prendre en compte simultanément les interactions magnétiques et chimiques. Les résultats obtenus concordent bien avec les données expérimentales disponibles
Fe-Ni alloys are widely used due to their interesting fundamental properties which arise from the coexistence of the chemical and magnetic order. The aim of this work was to understand the mutual influence of these two types of ordering on the thermodynamic and kinetic processes in Permalloys (Ni3Fe). From Monte Carlo and Mean Field simulations the effect of the magnetic interactions on the order/disorder transition temperature has been observed, and reciprocally the influence of the chemical interactions on the Curie temperature. The kinetics of the precipitation has been studied by means of the Onsager microdiffusion equation using parameters extracted from ab-initio calculations. These simulations have evidenced the influence of the magnetic interactions on the formation of the stable L12 particles. Both thermodynamic and kinetic investigations have confirmed the importance of taking into account simultaneously both magnetic and chemical interactions. The obtained results agree well with the available experimental data

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Rozprawy doktorskie na temat „Méthode champ de phase”

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