Modélisation par champ de phase - I

Champ de phase: I- Comment ça marche ?

Ce premier séminaire a pour but de présenter les bases des méthodes numériques, dites champ de phase, utilisées à l’échelle mésoscopique pour simuler l’évolution des microstructures dans les matériaux. Le développement d’un modèle champ de phase suit généralement 3 étapes :

1. On définit des champs de variables aussi appelés paramètres d’ordre (PO) utilisés pour décrire l’état du système. Il peut s’agir d’une composition, d’une structure cristalline, etc… Plusieurs exemples seront donnés pour illustrer ce concept.
2. La deuxième étape consiste à exprimer l’énergie libre du système en fonction des paramètres d’ordre introduits précédemment. Celle-ci se décompose généralement en 2 types de contribution : le premier prend en compte les interactions à courte portée tandis que le deuxième intègre les interactions longue portée de type élastique. La théorie micro-élastique est très souvent utilisée pour décrire ce dernier terme et elle sera donc décrite plus en détails.
3. La dernière étape introduit les équations cinétiques généralement employées pour décrire les évolutions du système. Les plus connues restent les équations d’Allen-Cahn et de Cahn-Hilliard, mais des exemples de généralisations de ces équations pour d’autres applications seront discutés.

Champ de phase: II- Quelques applications

Ce deuxième séminaire portera sur quelques applications des méthodes champ de phase réalisées au laboratoire:

1. La première concerne la précipitation des hydrures dans le zirconium utilisé comme matériau de gainage des tubes de combustible dans les réacteurs à eau pressurisée des centrales nucléaires.
2. Un autre domaine d’application est la modélisation du dommage d’irradiation dans les alliages métalliques. Plus particulièrement, les évolutions microstructurales sous irradiation sont contrôlées par la capacité des « puits » (joints de grain, dislocations, cavités,…) à absorber les défauts ponctuels créés (lacunes et auto-interstitiels). La méthode champ de phase est bien adaptée pour estimer ces forces de puits.
3. Une extension directe de ce travail est le couplage avec la diffusion des espèces chimiques dans un alliage, ce qui permet de simuler par champ de phase la ségrégation induite sous irradiation (SII).