Academic literature on the topic 'Caractérisation multi-Physiques'

La méthode électromagnétique basse fréquence (ou EMI pour ElectroMagnetic Induction), située à la croisée des méthodes magnétique, électrique et radar, offre de nombreuses possibilités de développement mais subit également d’importantes contraintes techniques. Malgré des développements instrumentaux initiés dans les années 60, son utilisation a longtemps été limitée en archéologie à la cartographie de la conductivité électrique apparente et/ou de la susceptibilité magnétique soit sur des surfaces restreintes soit avec des stratégies à large maille. Depuis la fin des années 2000, du fait de leur application en science du sol, les méthodes EMI se sont plus largement diffusées. Les appareils mono-fréquence et mono-récepteur ont ouvert la voie à des appareils multi-récepteurs et multi-fréquences avec des perspectives très larges en termes de caractérisation spatiale 3D des structures cartographiées comme d’analyse des propriétés physiques des sols. Le développement de systèmes tractés et automatisés a permis à cette méthode de trouver une place dans l’archéologie du paysage. Ce progrès technique, qui s’est traduit par une quantité importante de données a prévalu sur un travail théorique approfondi illustré aujourd’hui par l’inversion de données et l’analyse des sensibilités aux différentes propriétés géophysiques qui ouvrent de larges perspectives. Nous évoquerons les limites instrumentales auxquelles ces applications doivent faire face mais sont souvent négligées par les utilisateurs de ces méthodes. Nous présenterons également le résultat de modélisations 1D et 3D.

La prédiction de l’érosion par surverse des digues de protection contre les crues et des barrages en remblai constitue l’une des difficultés majeures dans l’analyse de la sûreté de ces ouvrages. Bien qu’identifié comme étant le mécanisme de rupture dominant de près de la moitié des ruptures de digues fluviales, les méthodes et outils dont disposent les ingénieurs pour le caractériser, de manière déterministe, restent encore très limités. Notamment, la caractérisation du processus d’érosion, en termes géométriques et temporels, prenant en compte le comportement des matériaux constitutifs du remblai et de sa fondation et les spécificités des sollicitations hydrauliques sur les digues, n’est encore à la portée d’aucun outil de modélisation numérique validé au niveau requis. Les ingénieurs doivent donc, pour l’instant, se contenter d’approches recourant largement à l’empirisme : critères dits « de jugement d’expert » ou formules empiriques. Ces approches très simplifiées sont connues pour présenter de fortes incertitudes et ne pas garantir des résultats systématiquement du côté de la sécurité. C’est dans le but final d’améliorer significativement la robustesse et la précision des outils de prédiction de l’érosion par surverse pour les ingénieurs, qu’EDF et CNR ont décidé de lancer le projet de recherche Overcome. L’objectif de ce projet est d’inclure au sein de la plateforme numérique open source TELEMAC-2D des modules représentant différents types de processus physiques en lien avec les ruptures par surverse de digues, basés sur une approche expérimentale multi-échelles très poussée. Cette communication présente les tous premiers résultats de l’un des premiers sujets investigués par ce projet : la description des mécanismes physiques d’érosion par surverse des remblais constitués de sol grossiers à granulométrie étalés. Ces sols sont présents dans une grande partie des digues situées en zones montagneuses ou dans les vallées situées juste en aval. Une première série d’essais de surverse à petite échelle a été menée au laboratoire de l’Université Polytechnique de Madrid, en réalisant des remblais homogènes de 55 cm de hauteur à partir de trois matériaux différents : un sable assez uniforme, un gravier de granite et un sol alluvionnaire à granulométrie étalée, issu du site CNR de Montfaucon. Si les essais avec le remblai en sable ont confirmé le mécanisme attendu d’érosion de surface, il a été assez surprenant de voir des différences significatives de mécanisme d’érosion entre les matériaux de Montfaucon et graviers de granite. Dans le matériau de Montfaucon, le mécanisme s’apparente à de l’érosion de surface, tandis qu’avec le gravier de granite, le mécanisme d’érosion débute avec du « Headcut migration » puis évolue à la fin en érosion de surface. Par ailleurs, le sol de Montfaucon s’est avéré quatre fois moins érodable que le gravier de granite. Ces premiers résultats appellent à être confirmés par des essais de répétabilité à petite échelle et des essais à plus grande échelle.

La caractérisation des matériaux par méthode non destructive est largement répandue dans l’industrie. La méthode s’appuie souvent sur l’analyse d’un signal provenant d’un capteur (ultrason, courants de Foucault, bruit Barkhausen ou autres), afin d’évaluer une caractéristique du matériau telle que la dureté superficielle, la profondeur des traitements thermiques et thermochimiques, etc. Tout d’abord, il est nécessaire d’avoir une corrélation physique entre la propriété physique et la réponse du moyen de contrôle mise en oeuvre. Ensuite, le signal acquis doit être enregistré dans des conditions optimales qui permettent de transcrire l’information nécessaire à la caractérisation. Mais malgré ces précautions, il arrive dans certains cas que la corrélation entre ces propriétés physiques et le signal soit difficile à établir. Cela est dû principalement à la complexité de la propriété physique recherchée et aux multiples interactions avec d’autres facteurs influents qui donne lieu à une faible corrélation entre le paramètre suivi et celle-ci. En effet, les méthodes classiques sont souvent basées sur l’analyse d’un seul paramètre, comme le Root Mean Square (RMS), le maximum ou le kurtosis par exemple, afin de corréler la propriété du matériau à ce dernier. Mais cette corrélation reste incomplète puisqu’elle ne décrit pas toute la déformation du signal en fonction de la propriété recherchée. Dans cet article, nous proposons d’utiliser une méthode multi paramètres qui permet, à partir d’un signal, d’extraire des paramètres pertinents qui décrivent correctement le signal, et de les utiliser afin de remonter à des propriétés mécaniques telles que la profondeur de cémentation ou les contraintes résiduelles. Des algorithmes de Machine Learning et/ou de Deep Learning sont utilisés, et les résultats sont comparés entre eux.

Quatre matériaux actifs de batteries Li-ion de type NMC (LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2) ayant la même composition chimique, mais des microstructures différentes ont été synthétisés puis mis en œuvre sous forme d’électrodes composites afin de quantifier l’impact de la microstructure sur leurs performances électrochimiques. La tomographie FIB-SEM a été utilisée afin d’imager ces différentes microstructures. Les résultats 3D obtenus sur deux de nos matériaux permettent de montrer le lien entre tortuosité ionique et capacités en décharge. Des images 2D de ces microstructures ont été également extraites afin d’aller au-delà des mesures de tortuosité et de réaliser des simulations multi-physiques à l’échelle microstructurale sur des structures réelles d’électrodes. En parallèle, un modèle de simulations électrochimiques sur microstructures de matériaux d’électrodes a été développé. Ce dernier a permis dans un premier temps, via une étude paramétrique sur les propriétés physiques des matériaux, de visualiser sur une ‘microstructure modèle’, les mécanismes et les conditions par lesquels la diffusion de lithium (liquide et solide) et la cinétique électrochimique influencent la capacité en décharge et les hétérogénéités de lithiation au sein de la microstructure modèle. Les compétitions entre les différents mécanismes ont été également visualisées et quantifiées. Dans un deuxième temps, le modèle développé a été mis en œuvre sur deux des microstructures réelles (2D) extraites auparavant afin de simuler des décharges galvanostatiques. Cette démarche permet de suivre operando le courant local, ainsi que la surtension aux interfaces des particules de matériau actif au cours des décharges galvanostatiques. L’accès à ces grandeurs permet d’expliquer le biais par lequel ces deux électrodes de même composition chimique et de microstructures différentes présentent des capacités expérimentales en décharge différentes<br>Four NMC type materials having the same chemical composition (LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2) but different microstructures were synthesized and then used as positive electrodes to probe the impact of the microstructure over their electrochemical performances. FIB-SEM tomography was used to get 3D images of the synthesized materials, compute their ionic tortuosity and link the results to the observed electrochemical performances. 2D microscopy images were also obtained on the four materials to go beyond tortuosity computation and realize multi-physics simulations at the microstructure scale on real electrodes. To that end, an electrochemical model at the microstructure level has been developed. This model allows the visualization of the electrochemical kinetics’ as well as lithium liquid and solid diffusion’s influences over the global battery capacity and lithiation heterogeneities at the microstructure level. This study was performed, via a sensitivity analysis of the material physical properties, on a ‘template microstructure’ and allowed us to understand and quantify the different influences’ mechanism and the competition between them over the characteristics of the battery at multiple scales. After that, the developed model was used to simulate galvanostatic discharges on two of the previously extracted 2D microstructures. These simulations allowed us to get a real-time visualization of the local current density as well as of the overpotential at active material-electrolyte interface. The real-time visualization helped us to explain how two NMC type materials having the same chemical composition, but different microstructures led to different discharge capacities

En raison de leur capacité de prise, les liants hydrauliques sont utilisés à des fins très variées (e.g., matériaux de construction, substituts osseux, ...). La réaction de prise est toujours initiée par le mélange d'une ou plusieurs poudres fines avec une solution aqueuse. La dissolution des poudres réactives initiales entraîne la formation d'une pâte visqueuse, dont les propriétés évoluent avec le temps pour former une céramique poreuse monolithique par la nucléation et la précipitation de phase(s) plus stable(s). Dans le cadre de cette thèse, le plâtre CaSO4·2H2O obtenu par la réaction d'hydratation du sulfate de calcium hémihydraté CaSO4·0,5H2O est étudié dans des conditions standards (e.g., rapport massique liquide/solide, température et pression), afin de développer des techniques de caractérisation multi-physiques et multi-échelles in-situ et ex-situ pour suivre l'évolution de:- la composition des phases (réaction de dissolution et de précipitation) à l'aide de mesures calorimétriques, de la de la diffractométrie des rayons X et de la spectrophotométrie infrarouge à transformée de Fourier;- la microstructure à l'aide de la microscopie électronique à balayage et de la microtomographie aux rayons X;- les propriétés mécaniques en utilisant la mesure de vitesse de propagation des ultrasons, l'analyse mécanique dynamique en cisaillement et en compression et le test de résistance en compression. Ce panel de techniques a permis de suivre et de corréler les différentes transitions physiques survenant au cours de la réaction de prise et ainsi de dresser un portrait global des phénomènes physiques mis en jeu<br>Because of their setting ability, hydraulic binders are used for a wide variety of applications (e.g., construction materials, bone substitutes, ...). The setting reaction is always initiated by mixing one or several fine powders with an aqueous solution. The dissolution of the initial reactive powders results in the formation of a viscous paste, whose properties evolve with time to form a porous monolithic ceramic through the nucleation and precipitation of more stable phase(s). In this thesis, gypsum plaster CaSO4·2H2O obtained by the hydration reaction of calcium sulfate hemihydrate CaSO4·0,5H2O is studied under standard conditions (e.g., liquid/solid mass ratio, temperature and pressure), in order to develop multi-physic and multi-scale characterization techniques in-situ and ex-situ to monitor the evolution of:- the phase composition (rate of dissolution and precipitation) using calorimetric measurements, X-ray diffraction and Fourier-transform infrared spectrophotometry techniques;- the microstructure using scanning electron microscopy and X-ray microtomography;- the mechanical properties using ultrasonic propagation velocity measurement, shear and compressive dynamic mechanical analysis and compressive strength testing. This panel of techniques enabled to monitor and to correlate the various physical transitions occurring during the setting reaction, and thus to draw a global picture of the on-going phenomena