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2.12.23 (873)

Enseignement spécifique des masters - MEC_53648_EP : Problèmes multiphysiques : Transformations de phase dans les solides

Descriptif

**Contexte et motivation** : Le phénomène générique de transformation de phase sous-tend une variété de comportements matériaux parmi lesquels (i) *la super-élasticité* des alliages à mémoire de forme, (ii) la formation et l'évolution de *microstructures complexes* dans les alliages à mémoire de forme et les ferroélectriques, et (iii) *la lithiation* (c'est-à-dire l'insertion de lithium dans) des électrodes de silicium dans les batteries Li-ion. La variété des comportements des matériaux régis par la transformation de phase s'accompagne d'un large éventail d'applications. Par exemple, la super-élasticité des alliages à mémoire de forme, qui provient d'une transformation de phase displacive (martensitique), trouve des applications dans les *amortisseurs mécaniques* (pour les bâtiments antisismiques et les *dispositifs anti-vibration* dans les véhicules et les moteurs à réaction) et dans les composants biomédicaux (en tant que dispositifs auto-expansifs). En outre, l'évolution de la microstructure des alliages métalliques, qui est souvent régie par une transformation de phase diffusive, est au cœur d'un éventail de processus industriels tels que le moulage, la fabrication additive et d'autres traitements thermomécaniques visant à *optimiser les propriétés des matériaux par le biais d'une microstructure cible*. Enfin, les récentes avancées technologiques et la recherche sur les batteries Li-ion ont suscité un intérêt particulier pour les électrodes en silicium qui, au cours du fonctionnement de ces batteries, subissent une transformation de phase régie par *l'interaction* entre la diffusion du lithium et les contraintes mécaniques à l'intérieur de l'électrode solide.

Objectifs pédagogiques

Dans ce cours, nous développerons le cadre théorique du *modèle d'interface abrupte* commun à tous les problèmes de transformation de phase. Dans ce cadre, nous couvrirons (a) les *transformations de phase displacives* dans un cadre purement mécanique, (b) les transformations de phase *pilotées par la diffusion* dans un cadre purement chimique, et (c) les transformations de phases régies par des *couplages chimio-mécaniques*, c'est-à-dire des couplages entre la diffusion d'espèces chimiques et la mécanique. En ce qui concerne le calcul, nous introduirons *le modèle de champ de phase* pour les transformations de phase dictées par la mécanique, qui régularise le modèle d’interface abrupte, permettant ainsi la *simulation numérique* de l'évolution de la microstructure qui résulte de la transformation de phase subie par le matériau.

27 heures en présentiel

Diplôme(s) concerné(s)

Format des notes

Numérique sur 20

Littérale/grade européen

Pour les étudiants du diplôme AUDITEURS_IP Paris

Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée)
    L'UE est acquise si Note finale >= 10

      Programme détaillé

      **Bloc I : Transformations de phase solide-solide martensitique (displacive) (théorie mécanique)** - Chapitre 1 : Matériaux élastiques non linéaires à deux phases ; équations de champ et conditions de saut ; énergétique, force motrice et inégalité de dissipation en 1D. - Chapitre 2 : Nucléation, relation cinétique et comportement effectif des matériaux à transformation de phase. - Chapitre 3 : Théorie thermomécanique 3D des transformations de phase martensitiques. - Chapitre 4 : La méthode du champ de phase d’Allen-Cahn pour les transformations de phase d’origine mécanique. **Bloc II : couplages chimio-mécaniques et transitions de phase induites par la diffusion dans les matériaux élastiques** - Chapitre 5 : couplages élasto-diffusifs (théorie de Larché-Cahn revisitée) avec application à la fragilisation par l'hydrogène dans les métaux. - Chapitre 6 : Modèle d’interface abrupte pour les transformations de phase induites par la diffusion dans des matériaux élastiques, avec application à la modélisation des batteries Li-ion.

      Mots clés

      transformation de phase; couplage chimio-mécanique, modèle de champ de phase, alliages à mémoire de forme, batteries
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