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Modélisation de la corrosion par la méthode des automates cellulaires : prise en compte de la diffusion en solution et du transfert thermique.

Matériaux et applications Sciences pour l’ingénieur

Résumé du sujet

Les dégradations des matériaux engendrées par la corrosion constituent un enjeu majeur dans l’industrie. Leur étude expérimentale en laboratoire, nécessaire dans la plupart des cas, s’avère souvent lourde à mettre en œuvre. Elle a aussi ses limites, car les processus mis en jeu s’effectuent en général sur des durées longues et dans des environnements complexes qui sont donc difficiles à reproduire. Dans ce contexte la modélisation est une approche puissante et complémentaire de l’approche expérimentale, dans la mesure où elle est susceptible d’aboutir au développement d’outils numériques prédictifs et/ou d’aide à l’interprétation.
La modélisation par la méthode des automates cellulaires (AC), proposée dans cette thèse, est utilisée dans des domaines aussi variés que la physique, la biologie, la chimie, les sciences sociales.
Elle consiste à paver un espace avec un réseau de cellules identiques, chacune étant caractérisée à l’instant t par un état (qui fait partie d’un ensemble prédéfini d’états possibles) dont l’évolution temporelle est calculée au moyen de règles de transition qui prennent en compte les états des cellules voisines. Son principal atout est de permettre d’explorer la dynamique spatio-temporelle de représentations simplifiées de systèmes susceptibles d’être très complexes dans la réalité.
D’importantes avancées concernant la modélisation de la corrosion par la méthode des AC ont été réalisées depuis une dizaine d’années au CEA/DPC/SCCME/LECA. Le passage en 3D de certains modèles 2D existants a notamment été réalisé avec succès, de même que le couplage de réactions anodiques et cathodiques spatialement séparées. Cela a permis d’étudier avec le même modèle la compétition entre corrosion généralisée et différents types de corrosion localisée. Des modèles 3D de corrosion inter-granulaire ont également été développés.
Dans la thèse proposée ici il s’agira de développer un modèle par AC permettant d’étudier des processus de corrosion dans lesquels la diffusion des espèces corrosives en solution et/ou une température à la fois variable dans le temps et inhomogène dans l’espace peuvent s’avérer dimensionnantes (corrosion par piqûre, par crevasse, évolution de défauts macroscopiques). On tirera profit d’une part du fait que les équations régissant le transport diffusif et les transferts thermiques sont similaires (elles seront simulées à l’aide de marches aléatoires en 3D) et d’autre part du fait que la méthode des AC est particulièrement adaptée pour l’étude de phénomènes mettant en jeu des interfaces/frontières (lieux des réactions électrochimiques lors des processus de corrosion) qui évoluent dans le temps.
Le modèle développé sera implémenté en langage C et en CUDA, afin de permettre d’effectuer des simulations sur des calculateurs mixtes CPU/GPU (programmation parallèle sur cartes graphiques). Le développement de code constituera donc l’activité principale, les simulations s’effectuant sur des machines dédiées du CEA et de l’ENSCP. Afin de valider les résultats fournis par le modèle on se référera à des résultats expérimentaux sélectionnés dans la littérature et parmi les données du SCCME/LECA.

Laboratoire

Département de Recherche sur les Matériaux et la Physico-chimie pour les énergies bas carbone
Service de recherche en Corrosion et Comportement des Matériaux
Laboratoire d’Etude de la Corrosion Aqueuse
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