Soutenance de thèse : Antonio Gonzalez Joa Javier

Mesoscale dislocation simulation accounting for surfaces using thesuperposition method: application to nanomechanics

Doctorant : Antonio Gonzalez Joa Javier

Laboratoire INSA : MATEIS

Ecole doctorale : ED34 : Matériaux de Lyon

Les nano-objets (fils, particules, films minces) sont connus pour leurs propriétés mécaniques exceptionnelles au regard de leurs homologues massifs. Diverses techniques expérimentales (TEM, SEM, diffraction des rayons X) sont utilisées pour étudier les nano- objets, complétées par des approches numériques telle que la Dynamique Moléculaire (DM). Bien que fournissant des détails à l’échelle atomique, la MD reste limitée en termes de taille et de vitesse de déformation, ouvrant la porte à d’autres méthodes comme
la Dynamique des Dislocations Discrète (DDD). La DDD permet de décrire l’évolution d’une population de dislocations à l’échelle du grain mais est généralement utilisée dans des ensembles quasi-infinis en utilisant des cellules de simulation particulièrement grandes ou des conditions limites périodiques. Par conséquent, la DDD seule ne peut fournir une description physique des surfaces d’un échantillon, surfaces à l’origine de nombreux processus à l’échelle nanométrique.
Cette étude vise à modéliser mieux et plus fidèlement la mécanique des nano-objets en tenant compte des interactions complexes entre les dislocations et les surfaces. Pour ce faire, un nouvel outil appelé El-Numodis a été développé. El-Numodis repose sur le couplage du code de DDD Numodis avec le code d’éléments finis Elmer en utilisant la méthode de superposition. Nous présentons ici les étapes de développement d’El- Numodis (pilotes de couplage, forces d’image des dislocations, algorithme de nucléation, etc.) ainsi que plusieurs applications incluant des problèmes d’élasticité classiques dans lesquels des surfaces sont impliquées. A titre d’exemple, la modélisation de films minces métalliques fcc montre l’influence majeure des surfaces sur la mécanique des nano- objets. Enfin, El-Numodis est utilisé pour modéliser la mécanique de nanoparticules céramiques où la nucléation de dislocation informée de manière atomistique, combinée à la théorie de l’état de transition, permet d’étudier le rôle de la température et de la vitesse de déformation sur la déformation de nanocubes de MgO.