Modélisation de la capture de particules par des mousses aqueuses

Les mousses aqueuses constituent un moyen de protection efficace contre la détonation d'engins explosifs. En effet, utilisées en recouvrement de ce type de menace, elles réduisent significativement le souffle et capturent efficacement les particules micrométriques pouvant être émises.
La modélisation de ces phénomènes dans un code multiphasique est ainsi d'importance pour pouvoir traiter une grande variété de cas complexes. Plusieurs thèses sur le sujet ont abouti à un modèle reproduisant convenablement l'atténuation du souffle mais la modélisation de la capture des particules est encore à parfaire.

Modélisation par fonctions des alimentations soumises à des impulsions électriques forts niveaux

Les interférences électromagnétiques intentionnelles intenses sont capables de générer des perturbations électriques transitoires, analogues à celles produites par la foudre, se propageant sur les réseaux de distribution en électricité jusqu’aux alimentations des équipements électroniques. Des travaux de recherche doivent être mis en œuvre dans le but de prédire, en utilisant la simulation numérique, les effets des impulsions électriques intenses sur des alimentations à découpage.
L’objectif de la thèse est d’élaborer une modélisation prédictive de la destruction d'alimentations à découpage lorsqu’elles sont soumises à des courants impulsionnels de forts niveaux.
Le travail de thèse se décompose en trois grandes étapes :
o La première étape est l’élaboration d’un état de l’art sur : les effets d’impulsions électriques de forts niveaux sur les alimentations à découpage, les types de modélisation existants, les différentes fonctions des alimentations à découpage et leurs topologies représentatives, les moyens d’essais permettant d’extraire les paramètres nécessaires à la modélisation ;
o La deuxième étape aborde une approche expérimentale, envisagée pour : caractériser le comportement hors spécifications et extraire les paramètres électriques nécessaires à la modélisation de chaque fonction, prendre en compte, au travers d'une approche statistique, l'influence de la variabilité des caractéristiques des alimentations sur leur susceptibilité dans le but de généraliser les résultats;
o La troisième étape porte sur le choix de la modélisation pour chaque fonction et l'assemblage de ces modèles pour rendre compte du comportement d’alimentations et prédire leur seuil de destruction.

Développement de sondes électro-optiques pour la caractérisation de champs impulsionnels

Dans le domaine de la vulnérabilité électromagnétique des systèmes, vis-à-vis de l’IEMN HA (Impulsion Electromagnétique d’origine Nucléaire Haute Altitude), des simulateurs expérimentaux générant de forts niveaux de champ électrique sont employés pour agresser les équipements sous test. Cette agression peut se véhiculer dans les systèmes soit par rayonnement soit par conduction, engendrant l’utilisation d’une grande diversité de capteurs pour mesurer ces contraintes qui sont de natures différentes (courant, tension, champ électrique, champ magnétique). Si des produits commerciaux couvrent les besoins en dynamique et en bande passante pour les mesures de courant, il n’en est pas de même pour les mesures de tension et de champ électromagnétique. A l’heure actuelle, des mesures avec une dynamique de 50 dB voire plus et une résolution temporelle de l’ordre de la nanoseconde restent un verrou qui ne peut pas être levé avec les outils classiques de mesures à base d’antennes métalliques. Par ailleurs, des solutions diélectriques existent, basées sur des composants électro-optiques, mais elles n’atteignent pas encore les performances ciblées, et la robustesse reste une problématique à adresser. FEMTO-ST développe deux types de sondes électro-optiques, soit à cristaux photoniques, soit à base de guides, mais qui n’ont jamais été testées en environnement sévère.
L’objectif de la thèse est de développer des sondes électro-optiques LiNbO3 et leur encapsulation, et de les optimiser pour la caractérisation des IEMN.

Evaluation probabiliste des contraintes sur un réseau électrique vis-à-vis d’une agression conduite

La vulnérabilité des systèmes électroniques aux agressions électromagnétiques intentionnelles est une question extrêmement sensible au regard des évolutions technologiques et du déploiement de nombreux équipements électroniques pour la gestion de processus critiques. Les effets d’une contrainte couplée sur un réseau électrique basse tension et de sa propagation dans une installation, à travers le circuit de distribution électrique jusqu’aux équipements terminaux, est un sujet actuel d’intérêt vis-à-vis de ces menaces. La détermination des niveaux de contrainte à l’entrée des équipements est une donnée fondamentale pour l’analyse de cette vulnérabilité, et elle est fonction de nombreuses données d’entrée (position et nombre de câbles d’alimentation, impédances de charge terminales), peu précisément connues et très variables d’une installation à l’autre. Une approche stochastique est donc proposée pour estimer les incertitudes et leurs propagations dans un modèle de réseau électrique.

Rôle du liant cimentaire et du sable sur le comportement triaxial du béton sous fortes contraintes

Dans le cadre de ses activités pour la Défense, le CEA-Gramat développe des outils de modélisation pour évaluer la vulnérabilité d’infrastructures en béton armé aux impacts et explosions. La compréhension des mécanismes de dégradation du béton a` des niveaux de chargements extrêmes est donc d’importance majeure. En collaboration avec le CEA-Gramat, ces mécanismes sont étudiés par le laboratoire Sols Solides Structures et Risques de l’Université Grenoble-Alpes grâce à la presse triaxiale de très forte capacité « GIGA », unique dans le monde académique.
Plusieurs thèses en lien avec cette presse ont permis d’aboutir à des résultats majeurs montrant que, sous fort confinement, le béton a un comportement d’empilement granulaire non cohésif où l’eau libre joue un rôle prépondérant et la forme des plus gros granulats a peu d’influence.
Le comportement du béton serait donc contrôlé par la partie la plus fine du squelette granulaire du béton, point qui n’a encore jamais fait l’objet d’études.

Modélisation de la dynamique des faisceaux d’électrons dans les accélérateurs linéaires à induction

La Direction des Applications Militaires du CEA utilise la radiographie éclair pour « caractériser l’état de la matière soumise à des chocs forts ou à une densification importante sous l’effet d’explosifs ». Dans de telles conditions extrêmes, le succès des expériences de radiographie éclair nécessite des sources de rayonnement X impulsionnelles de faibles dimensions spatiales (quelques mm), brèves (environ 60 ns), fortement pénétrantes (quelques MeV) et intenses (plusieurs rads). De telles sources sont produites à partir du rayonnement de freinage créé par une impulsion brève et intense d'électrons (plusieurs kA) de haute énergie dans un matériau cible.

Résolutions de problèmes inverses par deep learning appliqués à l'interférométrie

Dans la continuité des travaux de thèse de Benoît Rougier et de Jérémi Mapas appliqués à l'interférométrie radiofréquence sur la compréhension de la propagation d’une onde électromagnétique à travers une onde de choc pour l'étude à coeur des propriétés de matériaux innovants, cette thèse vise à exploiter les signaux bruts du radio-interféromètre pour déterminer simultanément la vitesse d’un choc et la vitesse matérielle dans des solides inertes ou énergétiques soumis à un choc soutenu ou non-soutenu. Un modèle de propagation des ondes millimétriques dans un milieu dissipatif présentant deux couches diélectriques séparées par des interfaces en mouvement a été élaboré pour adresser le cas du choc soutenu. Une résolution du problème inverse du modèle à deux couches avec pertes a été proposée avec l'apport du deep learning et des réseaux convolutifs. Un modèle multicouche sans pertes diélectriques a été également initié pour le cas du choc non soutenu.

Etude et optimisation d'une onde de souffle générée par un générateur électrique impulsionnel

Le projet EOLE explore une nouvelle technique originale pour simuler en laboratoire les effets d’une explosion de forte énergie. L’injection d’un courant impulsionnel intense dans un fil fin provoque son explosion et génère une onde de souffle sphérique qui se propage dans l’air ambiant puis vient interagir avec une maquette sous test.
La loi d’échelle indique que si la maquette est à l’échelle 1/N, un effet de souffle similaire à celui généré par une explosion réelle peut être obtenu avec une énergie N3 fois plus faible.
EOLE, dieu des vents, étend donc son champ d’action au souffle d’une « Electro-explosion Obéissant à la Loi d’Echelle ». La faisabilité de cette technique a été démontrée en 2021 au CEA de Gramat en développant un générateur compact de courant impulsionnel intense (400 kA – 400 ns) ainsi qu’une configuration de fil explosé permettant de générer une explosion sphérique d’énergie 5 kJ environ.

Propagation des incertitudes pour la mesure d’Impulsions Electromagnétiques d’origine Nucléaire

Le CEA Gramat réalise des études dans le domaine de la vulnérabilité et du durcissement des équipements et systèmes militaires vis-à-vis
des agressions EM (électromagnétique). A ce titre, de nombreuses expérimentations sont menées notamment en ce qui concerne l’IEMN HA
(Impulsion Electromagnétique d’origine Nucléaire Haute Altitude). Les systèmes de mesure liés à cette activité, tels que les capteurs et
les chaînes de mesures de champ EM, sont généralement déployés dans des environnements sévères où les conditions de mise en oeuvre sont
complexes. Ces contraintes imposent de prendre des marges de sécurité importantes quant aux résultats expérimentaux obtenus car les sources
d’incertitudes ne sont pas toutes connues et/ou sont difficiles à maîtriser.
La thèse a pour objectif de mettre au point une méthode fiable de propagation des incertitudes dans le domaine impulsionnel IEMN HA.
Actuellement, il semblerait qu’aucune approche ne traite les incertitudes dans ce domaine. Le développement de cette méthode ou algorithme
pourra s’effectuer en s’appuyant sur des travaux liés aux problématiques de propagation des incertitudes (équations différentielles multivariables,
méthode de Monte-Carlo, matrice de covariance). Cet algorithme sera ensuite utilisé et validé au CEA Gramat en utilisant les
moyens disponibles en interne.

Caractérisation et modélisation du comportement mécanique triaxial du béton : influence du degré de saturation en eau et du chargement

Dans le cadre de ses activités pour la Défense, le CEA-Gramat développe des outils de modélisation pour évaluer la vulnérabilité d’infrastructures en béton armé aux impacts et explosions. La compréhension des mécanismes de dégradation du béton sous chargements extrêmes est donc d’importance majeure.
Des travaux antérieurs ont mis en évidence la forte influence de la teneur en eau libre sur le comportement quasi-statique du béton confiné et de la vitesse du chargement sur matériau sec ou totalement saturé.

L’objectif de la thèse est compléter ces connaissances par la caractérisation et la modélisation du comportement mécanique du béton à partir d’état de saturation en eau variables et dans des gammes de chargement (vitesse et triaxialité des contraintes) encore inexplorées. Plusieurs dispositifs expérimentaux seront mis en oeuvre: barres d’Hopkinson, impact balistique sur lanceur, presses de compression uniaxiale et triaxiale, micro-tomographie RX. Les essais réalisés seront simulés avec le code ABAQUS en utilisant un modèle de comportement poro-hydro-mécanique développé par le laboratoire. L’origine des éventuelles différences essais-calculs sera étudiée. Une évolution du modèle pourra être proposée, notamment pour rendre compte des temps caractéristiques des différents mécanismes mis en jeu aux échelles micro- et méso-structurales.

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