Fragmentation d’une nappe liquide soumise à un fort gradient de vitesse initial
Lorsqu'une onde de choc se réfléchit sur la surface libre d'un échantillon métallique, elle interagit avec des hétérogénéités
géométriques (assimilées à des défauts) produites par exemple par un outil d'usinage. La réflexion du choc suivie de la détente du
matériau dans son milieu environnant peut provoquer, pour des pressions suffisamment élevées, l'éjection à très grande vitesse
(plusieurs milliers de m/s) de nappes de métal en phase liquide, devant la surface libre. Ces nappes s'étirent, se fragmentent, et
donnent naissance à un nuage de particules susceptible de perturber le fonctionnement de certaines expériences. Ce processus est
très difficile à caractériser expérimentalement et à simuler car il se produit à des échelles spatio-temporelles difficiles d'accès, et il fait intervenir une physique de rupture de la matière que les codes de calcul actuels utilisant les équations de l'hydrodynamique ne
permettent pas de reproduire de manière naturelle.
La thèse a pour objectif de répondre à ce dernier point. Elle vise, en s'appuyant notamment sur des analyses théoriques, à prendre
en compte dans les simulations les processus de fragmentation lorsque la matière, décrite par une approche continue
(hydrodynamique), est soumise à de très forts taux de déformation. Une des perspectives est d'aboutir à une prédiction des
distributions en tailles des particules créées à l'issue de la fragmentation des nappes en fonction de leur vitesse, et de les confronter
aux données expérimentales disponibles.
Design accéléré de couches minces à base d’oxydes à haute entropie pour les énergies décarbonées
Depuis une dizaine d’années, les oxydes à haute entropie émergent comme une nouvelle classe de matériaux prometteurs pour les applications énergétiques et la résistance à la corrosion en milieux extrêmes, domaines au cœur des activités du CEA.
Leur optimisation reste cependant limitée par l’immensité de l’espace des compositions possibles, conduisant la plupart des études à se concentrer sur des compositions équimolaires.
Cette thèse propose de lever ce verrou grâce à la PVD combinatoire en mode HiPIMS, couplée à des approches d’intelligence artificielle basées sur l’optimisation bayésienne, une démarche encore inédite pour ces matériaux.
L’objectif est de maîtriser le dépôt d’oxydes à haute entropie et d’optimiser leurs propriétés pour la protection contre la corrosion dans les électrolyseurs à haute température dédiés à la production d’hydrogène décarbonée.
Les couches élaborées présenteront une stœchiométrie, une structure, une microstructure et une texture contrôlées, et seront caractérisées in situ et ex situ par des techniques complémentaires.
Le projet aboutira à une preuve de concept du couplage entre PVD combinatoire et optimisation bayésienne pour accélérer la découverte et l’optimisation de nouveaux matériaux.
Cette thèse s’inscrit dans le programme doctoral international du PEPR DIADEM et réunira le CEA (Saclay), l’ESRF (Grenoble) et le NIMS (Japon).
Détermination de paramètres physiques par spectrométrie dynamique
Le CEA Gramat réalise des expériences de dynamique rapide avec différentes métrologies, qui sont nécessaires à la comparaison expérience/calcul. Pour les calculs, des équations d’état thermodynamique sont utilisées. Pour la comparaison, la spectrométrie et la pyrométrie dynamiques sont développées.
L'institut ICARE-CNRS réalise des mesures de température sur des particules avec des moyens expérimentaux adaptés. L'ensemble de ces moyens optiques requiert un calibrage complexe avant utilisation. Le CEA Gramat et l'Institut ICARE disposent de plusieurs corps noirs complémentaires pour les étalonner. En parallèle de ces moyens de mesure ponctuels, les développements récents des caméras rapides permettent de les utiliser d'une façon similaire à un pyromètre sur une surface ou un volume, à l'aide d'un montage optique spécifique.
Les objectifs de la thèse sont d'appliquer la spectrométrie dynamique pour la mesure du flux thermique et la vidéo numérique rapide à un milieu semi-transparent pour étudier les différentes phases d'initiation, combustion, déflagration sous pression de particules et/ou matériaux énergétiques .