Stage M2/PFE – Fracturation des milieux hétérogènes fragiles : cas du verre par simulation moléculaire

Stage M2 - 6 mois

Contact :

École nationale des Ponts et Chaussées
6-8 avenue Blaise Pascal
77420 Champs sur Marne
France

Contexte : La résistance à la rupture des matériaux hétérogènes fragiles est un enjeu industriel majeur (céramiques, ciments). Dans le cadre du projet ANR DURABLE, consacré à l’effet de l’hétérogénéité des matériaux sur leur comportement en fracture, nous nous intéressons dans ce stage plus particulièrement à l’étude de la fracturation des verres de silice par simulation moléculaire. Ces matériaux constituent un cas d’étude privilégié car : 1) ils sont si fragiles que la zone d’élaboration en pointe de fissure est nanométrique et donc accessible aux simulations moléculaires, et 2) leur structure atomique amorphe intègre des hétérogénéités intrinsèques. La fracturation des verres est ainsi un cas d’étude particulier pour lequel la simulation moléculaire offre un niveau de détail inédit.

Objectifs : Le stage consistera à mettre en place et réaliser des simulations moléculaires de fracturation de verres de silice. L’étudiant pourra s’appuyer sur la littérature existante conséquente pour le choix d’un potentiel d’interatomique adapté et pour la génération de structures vitreuses. Les études existantes dédiées plus spécialement à la fracturation des verres ont montré que le front de fissure n’est pas régulier et la propagation est intermittente, conséquences directes de l’hétérogénéité du matériau [1]. On cherchera à caractériser statistiquement les évènements de propagation. L’amorçage de la fissuration, très peu étudié jusqu’à présent, sera également exploré dans ce stage. En lien avec l’équipe du projet DURABLE, une analyse inverse est envisagée pour mieux comprendre l’effet des hétérogénéités sur le processus de fracturation et à proposer une modélisation continue simplifiée fondée sur une formulation variationnelle des modèles de zones cohésives.

Profil recherché : Le stage s’adresse à un(e) étudiant(e) de Master 2 ou de dernière année d’école d’ingénieur en mécanique ou physique des matériaux, ayant un intérêt marqué pour la modélisation numérique et la physique de la rupture. Des connaissances préalables en simulation moléculaire sont un plus, mais ne sont pas indispensables : une familiarisation avec ces méthodes pourra être acquise au cours du stage. Le travail, à l’interface entre mécanique, physique et simulation numérique, conviendra particulièrement à un(e) candidat(e) motivé(e) par les approches multi-échelles et par les problématiques de compréhension fine des mécanismes de rupture.

Encadrement : Le stage se déroulera au sein du Laboratoire Navier, sous l’encadrement de Valeryia Kanavalava (doctorante), Laurent Brochard (chercheur) et Mathias Lebihain (chercheur, coordinateur du projet ANR DURABLE), en collaboration avec Djimedo Kondo (Sorbonne Université).

Les candidats intéressés sont invités à prendre contact avec Laurent Brochard (laurent.brochard@enpc.fr) et Mathias Lebihain (mathias.lebihain@enpc.fr)