Un nouveau modèle pour étudier la plasticité des cristaux

Publié par Redbran le 05/12/2019 à 14:00
Source et illustrations: CNRS INSIS

Des chercheurs du Laboratoire des sciences des procédés et des matériaux ont développé un nouveau modèle de la plasticité des cristaux, grâce auquel il est possible de simuler leur déformation à l'échelle du micron. Une avancée pour l'amélioration des propriétés mécaniques des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.), et le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) de leur mise en forme. Les résultats sont publiés dans les Physical Review Letters.

Pour décrire la plasticité des cristaux, c'est-à-dire les phénomènes qui interviennent lorsque le matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de...) est déformé de manière irréversible, les chercheurs et les ingénieurs disposent de deux sortes d'outils de simulation. L'une traite le problème de manière macroscopique, à partir de paramètres tels que les contraintes et les déformations, et ne peut rendre compte des phénomènes déterminants à l'échelle du micron. L'autre effectue des calculs atomistiques sur quelques dizaines d'atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement...), calculs qui ne peuvent être étendus à plus grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et...), en raison des temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) et des coûts de calcul que cela imposerait.

Pour combler cette lacune, et effectuer des simulations à l'échelle "mésoscopique", des chercheurs du Laboratoire des sciences des procédés et des matériaux (LSPM, CNRS) ont développé un nouveau modèle de la plasticité des cristaux. Leur modèle mathématique (Un modèle mathématique est une traduction de la réalité pour pouvoir lui appliquer les outils, les techniques et les théories mathématiques,...), en prenant en compte les contraintes de symétrie associées aux cristaux, réussit à combiner la mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou transmet un mouvement, une...) des milieux continus (pour la simulation à l'échelle macroscopique) avec la prise en compte des interactions à l'échelle des atomes. Il permet de simuler la plasticité à l'échelle du micron, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en restant compatible avec les moyens de calculs.

La nouvelle approche de modélisation proposée promet de devenir un nouvel outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des actions entreprises, par une plus grande...) essentiel dans l'étude de la déformation plastique (La déformation plastique est la déformation irréversible d'une pièce ; elle se produit par un réarrangement de la position des atomes.) à l'échelle micro/nanométrique, où les théories classiques de la plasticité ne parviennent pas à évaluer la limite élastique, à tenir compte des fluctuations et à décrire adéquatement les effets de taille. Dans une première étape, les chercheurs ont réalisé une preuve de concept avec un modèle 2D. Ils développent maintenant, sur le même principe, un modèle 3D de la plasticité des cristaux.


© Oguz Umut Salman - LSPM Nucléation par dislocation collective dans le cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que cet usage diffère quelque peu de la définition scientifique de ce mot. Selon l'Union...) parfait (a) puis perte de la stabilité au cours des différentes étapes de son évolution (b-e). Configuration finale de l'équilibre mécanique (f).

Note:
(1) En collaboration avec le laboratoire PMMH (CNRS/Université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre...) Diderot/ESPCI/Sorbonne Université) ; Département de Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...), Politecnico di Milano, Italie ; Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel...) fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île couvre une superficie de 22 km². Elle est située dans la...) Angewandte Mathematik, Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) de Bonn, Allemagne ; DPG, Université de Padoue, Italie.


Références:
Landau-type theory of planar crystal plasticity.
R. Baggio, E. Arbib, P. Biscari, S. Conti, L. Truskinovsky, G. Zanzotto, and O. U. Salman.
Phys. Rev. Lett. 123, 205501 - Published 11 November 2019.
DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.205501

Contacts:
- Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine...) INSIS - insis.communication at cnrs (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).).fr
- Oguz Umut Salman - LSPM - umutsalman at gmail (Gmail est un service de messagerie gratuit proposé par Google. Les messages reçus sur un compte Gmail peuvent aussi bien être lus via...).com
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