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Dissertations / Theses on the topic 'Méthode des champs de phase'
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Lebbad, Hocine. "Modélisation de la croissance des structures de Widmanstätten par la méthode des champs de phase." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS573.
Full textAbstract:
L'arrangement complexe des phases d'un alliage métallique, appelé microstructure, conditionne fortement ses propriétés mécaniques. Pour les optimiser, il est essentiel de comprendre comment les microstructures apparaissent et évoluent. Nous nous intéressons ici à une microstructure en particulier, appelée Widmanstätten. Ces structures de morphologie aciculaire sont observées dans plusieurs alliages métalliques (FeC, CuZn ...). Leur croissance, pilotée par la diffusion des éléments d'alliage, a lieu à vitesse constante en conditions isothermes. Plusieurs aspects de cette croissance restent cependant mal compris, ce qui justifie cette étude. Grâce à la méthode des champs de phase, nous montrons tout d'abord que l'anisotropie de l'énergie élastique joue un rôle clé sur cette croissance, en 2D et en 3D. Nous observons que le rayon de courbure de la pointe ne dépend pas de la dynamique mais résulte plutôt de la compétition entre énergie élastique et énergie d'interface. Puis, pour des alliages de titane, nous avons montré que notre modèle rend bien compte de la taille de la pointe. Nous avons ensuite développé deux modèles pour étudier le rôle joué par deux mécanismes de relaxation par déformation plastique: dislocations d'accommodation et activité plastique dans la matrice. Nous avons observé que la plasticité ne modifiait pas le caractère stationnaire de la croissance mais modifiait la vitesse et la taille de la pointe. Enfin, nous avons développé un formalisme à une échelle plus fine capable de décrire la nucléation et la croissance de marches, souvent observées dans les structures de Widmanstätten. Les premiers résultats pour un champ non-conservé sont présentés iciHe complex rearrangement of the phase domains in a metallic alloy, called microstructure, strongly impacts its mechanical properties. To optimize them, it is therefore important to understand the formation and evolution of the microstructures. The present work is devoted to a specific type of microstructures, called Widmanstätten. These acicular structures are observed in many metallic alloys (FeC, CuZn ...). Their growth, driven by the diffusion of alloying elements, occurs at constant velocity, in isothermal conditions. Yet, several aspects of this growth remain poorly understood, which justifies this study. Using phase-field models, we first show that the anisotropy of the elastic energy plays a key role on the growth, in both 2D and 3D. We observe that the tip radius of curvature does not depend on a dynamical process but relies on the competition between interfacial and elastic energy. Then, we illustrate the ability of our model to correctly describe the size of the tip. We have then developed two models to take into account two different mechanisms of relaxation by plastic deformation: misfit dislocations and plastic activity in the matrix. We have observed that plasticity does not change the singular growth at constant velocity but yet modifies the value of the growth velocity and the tip radius of curvature. Finally, we have developed a formalism at a thinner scale which is able to describe step nucleation and growth, which are often observed in Widmanstätten structures. Preliminary results, for a non-conserved field, are presented here
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Boussinot, Guillaume. "Etude du vieillissement des superalliages à base nickel par la méthode de champs de phase." Paris 6, 2007. http://www.theses.fr/2007PA066575.
Full textAbstract:
Nous avons utilisé la méthode de Champs de Phase pour étudier l'évolution de la microstructure gamma-gamma' des superalliages à base nickel, couramment utilisés dans l'industrie aéronautique. L'énergie d'interface gamma/gamma' a fait l'objet de calculs de structure électronique afin de calibrer le modèle de Champs de Phase sur un alliage Ni-Al. Nous avons ensuite étudié le vieillissement de la population de petits précipités gamma' (tertiaires) dans une microstructure bimodale, destinée aux superalliages pour disques de turbine. Les mécanismes physiques gouvernant ce vieillissement ont alors été élucidés. Par la suite, nous avons étudié les superalliages pour aubes de turbine lorsqu'ils sont soumis à une sollicitation extérieure. Notre modèle nous a permis de reproduire la coalescence orientée, fréquemment observée expérimentalement. Nous avons alors, d'une manière phénoménologique, mis au point une première approche pour décrire le fluage des superalliages
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Abourou, Ella Appolinaire. "Étude des solutions stationnaires d'un modèle de champs de phase cristallin." Thesis, Poitiers, 2013. http://www.theses.fr/2013POIT2273/document.
Full textAbstract:
Cette thèse porte essentiellement sur l'étude des solutions stationnaires, en dimension 1 d'espace, d'unmodèle de champs de phase cristallin introduit par Elder en 2002. Ainsi, nous prouvons, par la méthode deréduction de Lyapunov-Schmidt et la technique des multiparamètres, l'existence de courbes de solutionsbifurquantes stationnaires lorsque le noyau de l'opérateur linéarisé, au voisinage de la solution triviale estde dimension 2. Une parenthèse est ouverte pour la comparaison de l'énergie de la solution bifurquantepar rapport à celle la solution triviale. Aussi, grâce au principe de la stabilité réduite, nous fournissonsdes ensembles précis de valeurs des paramètres de bifurcation pour lesquelles les solutions obtenues sontstables ou instables. Ces résultats théoriques sont corroborés par plusieurs tests numériques.Par ailleurs, dans le cas classique du noyau unidimensionel, nous établissons des diagrammes de phasespermettant de comprendre les différentes orientations de courbes de solutions non triviales au voisinage dechaque point de bifurcationThis thesis is devoted to the study of stationary solutions of a Phase Field Crystal model, in one spacedimension, introduced by Elder in 2002. Thus, we prove by the Lyapunov-Schmidt method of reductionand the multiparameter technique, the existence of the curves of bifurcating stationary solutions whenthe kernel of the linearized operator near to trivial solution is of two dimension. A parenthesis is open forcomparing the energies of the bifurcating solution and the trivial solution. Also, thanks to the principle ofreduced stability, we provide specific sets of parameter values for wich the obtained solutions are stable orunstable. These theoretical results are confirmed by several numerical tests.Moreover, in the classical case of a one dimensional kernel, we establish the phase diagrams allowing tounderstand the different orientations of non-trivial solutions curves near to of each bifurcation point
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Ammar, Kais. "Modélisation et simulation du couplage changement de phases-mécanique par la méthode des champs de phases." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00508677.
Full textAbstract:
Nous proposons un cadre générique, permettant l'incorporation des différentes lois de comportement de mécanique linéaires ou non-linéaires (i.e. elastoviscoplastique) dans les approches des champs de phases utilisées pour la modélisation et la simulation de la mobilité d'interfaces diffuses. Dans ce cadre, une formulation par éléments finis des modèles couplés champ de phases-élastoplasticité pour les alliages binaires est développée dans le formalisme général de la thermodynamique des milieux continus. Cette formulation est basée sur la théorie d'équilibre des microforces, proposée par Gurtin, où une équation supplémentaire, fonction du paramètre d'ordre et de son gradient, est introduite. La formulation est employée pour simuler les évolutions morphologiques complexes des microstructures hétérogènes et décrire l'interface diffuse entre deux phases en présence des contraintes induites par transformation de phase. En utilisant les principes de la thermodynamique des processus irréversibles, les lois de comportement et les équations d'évolution sont clairement exposées et séparées dans la formulation de sorte que des modèles non-linéaires et fortement couplés puissent être implantés plus facilement dans un code par éléments finis. Cette formulation peut être appliquée aux corps finis périodiques et non périodiques, aux microstructures hétérogènes. Les conditions initiales et les conditions aux limites en paramètre d'ordre et en concentration ainsi que leurs quantités duales sont clairement énoncées. Des techniques d'homogénéisation ont été utilisées pour décrire le comportement dans les interfaces diffuses. Les conséquences de ces choix de modélisation ont été déterminées en ce qui concerne les effets des contraintes mécaniques sur les équilibres de phases et la cinétique de transformation. L'ensemble des équations d'évolution couplées, à savoir l'équation d'équilibre statique local, l'équation de champ de phases et l'équation de conservation de la masse, est résolu en utilisant la méthode des éléments finis pour la discrétisation spatiale et un schéma implicite des différences finies pour la discrétisation temporelle. Afin d'illustrer l'intérêt de l'approche proposée, des calculs par éléments finis ont été effectués sur des situations élémentaires telles que le calcul des concentrations d'équilibre des phases en présence de contraintes et la croissance de précipités dans une matrice élastique ou élasto-plastique, situations pour lesquelles des solutions analytiques pour des interfaces parfaites sont disponibles.
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Hamma, Juba. "Modélisation par la méthode des champs de phase du maclage mécanique dans des alliages de titane β-métastables." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2020. http://www.theses.fr/2020SORUS381.
Full textAbstract:
Les alliages de titane beta-métastables ont des propriétés mécaniques remarquables à température ambiante, liées à l'évolution sous contrainte de la microstructure. Un mode de déformation spécifique à ces alliages joue un rôle essentiel : le système de maclage {332}<11-3>. On s'intéresse ainsi à une modélisation champ de phase de l'évolution sous contrainte des variants de macle {332}. Une première partie est consacrée à un modèle champ de phase de type Allen-Cahn avec prise en compte d'une élasticité dans un formalisme géométriquement linéaire (GL). On utilise une énergie d'interface isotrope ou anisotrope afin d'étudier l'influence de cette dernière sur la croissance et le degré d'anisotropie des variants de macle. Le rôle d'une élasticité formulée dans le formalisme géométriquement non-linéaire (GNL) est ensuite discuté et donne lieu à la deuxième partie de ces travaux. Un solveur mécanique dans le formalisme GNL par méthode spectrale est alors mis en place et validé. Il est ensuite utilisé dans le développement d'un modèle champ de phase de type Allen-Cahn avec prise en compte d'une élasticité GNL. Nous procédons alors à une étude comparative fine des microstructures obtenues en GL et GNL. Les résultats montrent une différence majeure entre les microstructures obtenues dans les deux cadres élastiques, concluant sur la nécessité d'une élasticité dans le GNL pour reproduire les microstructures de macle observées. Enfin, nous présentons une étude prospective d'un modèle basé sur une méthode de réduction de Lagrange, qui permettrait de prendre en compte le caractère reconstructif du maclage et la nature hiérarchique des microstructures observées expérimentalementBeta-metastable titanium alloys exhibit remarkable mechanical properties at room temperature, linked to the microstructure evolution under stress. A specific deformation mode plays an essential role: the {332}<11-3> twinning system. This thesis work thus concerns a modeling, by the phase field method, of {332} twin variants evolution under stress. The first part is devoted to an Allen-Cahn type phase field model with an elasticity taken into account in a geometrically linear formalism. This model is used with an isotropic or anisotropic interface energy in order to study the influence of the latter on the growth of twin variants. The role of an elasticity formulated in finite strain is then discussed and gives rise to the second part of this work. A mechanical equilibrium solver formulated in the geometrically non-linear formalism using a spectral method is then set up and validated. It is then used in the development of an Allen-Cahn type phase field model considering a geometrically non-linear elasticity. We then proceed to a fine comparative study of the microstructures obtained in linear and non-linear geometries. The results show a major difference between the microstructures obtained in the two elastic frameworks, concluding on the need for elasticity in finite strain formalism to reproduce the twin microstructures observed experimentally. Finally, we present a prospective study of a more general phase field formalism than the previous ones, based on a Lagrange reduction method, which would allow to fully take into account the reconstructive character of twinning and the hierarchical nature of the microstructures observed experimentally
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Hansen, Hubert. "Méthodes non-perturbatives en théorie quantique des champs : au-delà du champ moyen, l'approximation de la phase aléatoire." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00003814.
Full textAbstract:
L'étude de problèmes de physique hadronique dans le cadre de la théorie des champs nécessite l'emploi de méthodes non-perturbatives, les approches perturbatives ne pouvant s'appliquer pour QCD à basse énergie. L'équivalence formelle existant entre la théorie des champs et le problème à N corps nous a conduit à adapter des techniques non-perturbatives usuelles de la théorie du problème à N corps, comme l'approximation de champ moyen (ou approximation gaussienne) et l'approximation de la phase aléatoire (RPA).En se plaçant au-delà du champ moyen où seules sont prises en compte les corrélations entre une particule et un potentiel "moyen" à un corps, la RPA va permettre de rajouter dans le calcul de l'état fondamental des corrélations entre particules.
Afin de mettre en place le formalisme, on applique la RPA, sons différentes formes (standard, renormalisée, en termes de fonctions de Green), à l'une des plus simples théories des champs en interaction, la théorie scalaire lambda x phi^4. On montre qu'il se produit une transition de phase due à une brisure dynamique de symétrie dont le paramètre critique se rapproche des résultats obtenus sur réseaux et par la technique des "clusters". Les résultats sont aussi présentés à température finie pour le champ moyen.
On étudie également un modèle effectif réaliste de la transition de phase chirale, le modèle sigma-linéaire et on montre que le théorème de Goldstone est restauré, contrairement à l'approximation gaussienne.
Enfin pour éclaircir quelques points de la RPA et, aller au-delà des corrélations obtenues dans la forme renormalisée, on considère l'oscillateur anharmonique en mécanique quantique, en introduisant les corrélations minimales au-delà du champ moyen et on montre que les corrélations RPA améliorent grandement le résultat obtenu en champ moyen.
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Sarkis, Carole. "Modélisation de la solidification dendritique d’un alliage Al-4.5%pdsCu atomisé avec une méthode de champs de phase anisotrope adaptative." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016PSLEM048/document.
Full textAbstract:
La croissance dendritique est calculée en utilisant un modèle champ de phase avec adaptation automatique anisotrope et non structurées d’un maillage éléments finis. Les inconnues sont la fonction champ de phase, une température adimensionnelle et une composition adimensionnelle, tel que proposé par [KAR1998] et [RAM2004]. Une interpolation linéaire d’éléments finis est utilisée pour les trois variables, après des techniques de stabilisation de discrétisation qui assurent la convergence vers une solution correcte non-oscillante. Afin d'effectuer des calculs quantitatifs de la croissance dendritique sur un grand domaine, deux ingrédients numériques supplémentaires sont nécessaires: un maillage adaptatif anisotrope et non structuré [COU2011], [COU2014] et un calcul parallèle [DIG2001], mis à disposition de la plateforme numérique utilisée (CimLib) basée sur des développements C++. L'adaptation du maillage se trouve à réduire considérablement le nombre de degrés de liberté. Les résultats des simulations en champ de phase pour les dendrites pour une solidification d'un matériau pur et d’un alliage binaire en deux et trois dimensions sont présentés et comparés à des travaux de référence. Une discussion sur les détails de l'algorithme et le temps CPU sont présentés et une comparaison avec un modèle macroscopique sont faiteDendritic growth is computed using a phase-field model with automatic adaptation of an anisotropic and unstructured finite element mesh. Unknowns are the phase-field function, a dimensionless temperature and a dimensionless composition, as proposed by [KAR1998] and [RAM2004]. Linear finite element interpolation is used for all variables, after discretization stabilization techniques that ensure convergence towards a correct non-oscillating solution. In order to perform quantitative computations of dendritic growth on a large domain, two additional numerical ingredients are necessary: automatic anisotropic unstructured adaptive meshing [COU2011], [COU2014] and parallel implementations [DIG2001], both made available with the numerical platform used (CimLib) based on C++ developments. Mesh adaptation is found to greatly reduce the number of degrees of freedom. Results of phase-field simulations for dendritic solidification of a pure material and a binary alloy in two and three dimensions are shown and compared with reference work. Discussion on algorithm details and the CPU time are outlined and a comparison with a macroscopic model are made
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Bronchart, Quentin. "Développement de méthodes de champs de phase quantitatives et applications à la précipitation homogène dans les alliages binaires." Cergy-Pontoise, 2006. http://biblioweb.u-cergy.fr/theses/06CERG0302.pdf.
Full textAbstract:
Nous développons ici des méthodes de Champ de Phase quantitatives sur les échelles de temps et d’espace. Le but est de prédire à l’échelle mésoscopique les évolutions microstructurales liées à la précipitation homogène dans un alliage binaire faiblement sursaturé. Tout d’abord, nous présentons les fondements statistiques des approches purement phénoménologiques. Dans ce cadre, nous considérons deux cas distincts. Premièrement, nous calibrons une équation d’évolution stochastique du type Allen-Cahn sur une dynamique Monte Carlo. Deuxièmement, nous calibrons une équation d’évolution stochastique du type Cahn-Hilliard sur des données expérimentales définissant un alliage donné. Ensuite, nous abandonnons l’approche phénoménologique et présentons une procédure de moyenne locale permettant d’obtenir, à partir d’une cinétique définie à l’échelle atomique, une formulation nouvelle des méthodes de champ phase et de leurs ingrédients: densité d’énergie libre, mobilités, terme stochastiqueIn this study, quantitative phase field modelings are developped. The quantitative aspect concerns the time and space scales. The aim is to predict at the mesoscale the microstructural evolutions of a homogeneous precipitation in a weakly supersaturated binary alloy. In a first part, the statistical basements of the phenomenological approaches are presented. In this phenomonological framework, we analyse two different cases. First, we calibrate the stochastic equation of evolution of the Allen-Cahn type on a Monte Carlo kinetic. Second, we calibrate the stochastic equation of evolution of the Cahn-Hilliard type on some experimental data that characterize the considered alloy. Finally, the purely phenomenological approach is abandoned and we present a coarse-graining procedure which allows to obtain, starting from a kinetic model defined at the atomic scale, a new formulation for the phase field modeling and its ingredients: density of free energy, mobilities, stochastic terms
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Mellenthin, Jesper. "Modélisation de la solidification de matériaux polycristallins par la méthode du champ de phase." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2007. http://www.theses.fr/2007EPXX0036.
Full textAbstract:
The phase-field method has become in recent years the method of choice to model microstructural pattern formation during solidification. For monocrystals, quantitative agreement with experiments and analytical solutions has been obtained. The modeling of polycrystals, which consist of many grains of the same thermodynamic phase, but different orientations of the crystalline lattice, is far less advanced. Two types of models have been proposed: multi-phase-field models use a separate phase field for each grain, and orientation-field models use a small number of fields, but have non-analytical terms in their free energy functional. This work examines various aspects of phase-field modeling of polycrystals and is divided in three parts. In the first, a new possibility of describing the local orientation is explored, using a tensorial order parameter which represents automatically the local symmetry of the system. This approach is tested by developing a phase-field model for the nematic-isotropic phase transition in liquid crystals. The model is applied to simulate the directional ''solidification'' of a liquid crystal. The effect of the coupling between nematic orientation and the interface shape is investigated. The simulation results for the stability of a planar interface agree well with a generalized stability analysis, which takes into account a new anchoring condition at the interface: the nematic orientation at the interface is the result of the interplay between bulk deformation and interface anisotropy. The shape and stability of well-developed cells is also influenced by this effect. Numerically, the use of a tensorial order parameter simplifies the treatment of the symmetries in the system significantly, while the equations of motions become considerably more complicated. In the second part, grain boundaries are investigated on a smaller length scale, using a phase field crystal model, where elastic properties and dislocations appear naturally. With this model, the local order in interfaces is examined and the stability of liquid films between two solid grains is studied below the melting point. This situation can be described by an interaction potential between the two solid-liquid interfaces, which is extracted numerically. The results are compared with a phenomenological model which is found to hold for high-angle grain boundaries, where the dislocations overlap. For low-angle grain boundaries, premelting around dislocation as well as a symmetry breaking (dislocations form pairs) is observed. As a result, the interaction potential becomes nonmonotonous, and consists of a long-range attraction and a short-range repulsion. In the third part, a new phase-field model is developed using an angle variable to describe the crystalline orientation. Contrary to the already existing models, the free energy is constructed without a term proportional to the modulus of the gradient of the orientation field. Instead, the standard squared gradient is used, but it is coupled to the phase field with a singular coupling function. Various benchmark simulations are carried out to test the model. It is found that it presents several artifacts such as spurious grain rotation and interface motion; however, these effects are extremely small, such that the model yields satisfactory results unless the undercooling is very small. Finally, the observed problems are analyzed and ways of obtaining a better description of the dynamics of the angle field are discussed.
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Bayle, Raphaël. "Simulation des mécanismes de changement de phase dans des mémoires PCM avec la méthode multi-champ de phase." Thesis, Institut polytechnique de Paris, 2020. http://www.theses.fr/2020IPPAX035.
Full textAbstract:
Les mémoires à changement de phases ont basées sur la variation de résistance d’un petit volume de matériau à changement de phase, l'information binaire étant codée à travers la phase amorphe ou cristalline du matériau. Le changement de phase permettant leur programmation est induit par effet Joule sous l’application d’un courant électrique. L’alliageGe2Sb2Te5 est largement utilisé pour les mémoires à changement de phase, car il cristallise rapidement et sans changement de composition. Cependant, pour obtenir la fiabilité requise pour certaines applications à haute température, notamment dans le secteur automobile, un alliage Ge-Sb-Te enrichi en Geest utilisé par la société STMicroelectronics. La cristallisation de cet alliage s’accompagne d’une ségrégation des espèces et de la formation d’une nouvelle phase cristalline. La répartition spatiale des phases et espèces est décisive pour le bon fonctionnement du point mémoire ; il est ainsi très important de pouvoir la prédire.Les modèles de champ de phase permettent,notamment aux échelles de temps et d’espace impliquées dans l’étude des mémoires à changement de phase, le suivi d’interface entre plusieurs domaines occupés par des phases différentes. Dans ce travail de thèse, un modèle multi-champ de phase permettant de simuler l’évolution de la répartition des phases et des espèces dans ce nouvel alliage a été développé.Les paramètres du modèle ont été déterminés à partir des données disponibles sur l’alliage.Deux types de simulations ont été réalisées :d’une part, celle de la cristallisation, lors d’un recuit, d’une couche mince de matériau initialement déposé amorphe ; d’autre part, celle portant sur les changements de phase qui se produisent lors de l’application de champs de température typiques des opérations d’écriture des mémoires. La comparaison entre les résultats de simulations et expériences révèle que les caractéristiques principales des microstructures observées dans les expériences sont bien mises en évidence par le modèlePhase change memories (PCM) exploit the variation of resistance of a small volume of phase change material: the binary information is coded through the amorphous or crystalline phase of the material. The phase change is induced by an electrical current, which heats the material by the Joule effect. Because of its fast and congruent crystallization, theGe2Sb2Te5 alloy is widely used for PCM. Nevertheless, to get a better reliability at high temperatures, which is required e.g. for automotive applications, STMicroelectronics uses a Ge-rich GeSbTe alloy. In this alloy, chemical segregation and appearance of a new crystalline phase occur during crystallization. The distribution of phases and alloy components are critical for the proper functioning of the memory cell; thus, predictive simulations would be extremely useful. Phase field models are used for tracking interfaces between areas occupied by different phases. In this work, a multi-phase field model allowing simulating the distribution of phases and species in Ge-rich GeSbTe has been developed. The parameters of the model have been determined using available data on this alloy. Two types of simulations have been carried out, firstly to describe crystallization during annealing of initially amorphous deposited thin layer; secondly to follow the evolution of phase distribution during memory operation using temperature fields that are typical for those operations. Comparisons between simulations and experiments show that they both exhibit the same features
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Mellenthin, Jesper. "Modélisation de la croissance de matériaux polycristallins par la méthode du champ de phase." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2007. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00003136.
Full textAbstract:
La méthode d'élimination sur le terrain est devenu ces dernières années la méthode de choix pour modéliser la formation des motifs de la microstructure lors de la solidification. Pour monocristaux, accord quantitatif avec des expériences et des solutions analytiques ont été obtenues. La modélisation des polycristaux, qui sont composées de nombreux grains d'une même phase thermodynamique, mais différentes orientations du réseau cristallin, est beaucoup moins avancée. Deux types de modèles ont été proposés: les modèles multi-phase-champ d'utiliser un champ de phase pour chaque grain, et les modèles d'orientation-champ d'utiliser un petit nombre de domaines, mais ont des termes non analytiques dans leur énergie libre fonctionnel. Ce travail examine les divers aspects de la phase de modélisation du champ de polycristaux et est divisé en trois parties. Dans la première, une nouvelle possibilité de décrire l'orientation locale est explorée, en utilisant un paramètre d'ordre tensoriel qui représente automatiquement la symétrie locale du système. Cette approche est testée en phase de développement d'un modèle de champ pour la transition de phase nématique-isotrope dans les cristaux liquides. Le modèle est appliqué pour simuler la solidification directionnelle''''d'un cristal liquide. L'effet du couplage entre l'orientation et la forme nématique interface est étudiée. Les résultats de simulation pour la stabilité d'une interface plane en bon accord avec une analyse de stabilité généralisée, qui tient compte d'une condition nouvelle d'ancrage à l'interface: l'orientation à l'interface nématique est le résultat de l'interaction entre la déformation en vrac et l'anisotropie d'interface. La forme et la stabilité des cellules bien développé est également influencée par cet effet. Numériquement, l'utilisation d'un paramètre d'ordre tensoriel simplifie le traitement des symétries dans le système de manière significative, tandis que les équations de mouvements deviennent beaucoup plus compliquées. Dans la deuxième partie, les joints de grains sont étudiés sur une échelle plus petite longueur, en utilisant un modèle de cristal phase de terrain, où les propriétés élastiques et des dislocations apparaissent naturellement. Avec ce modèle, l'ordre local dans les interfaces est examiné et la stabilité des films liquides entre deux grains solides est étudiée ci-dessous le point de fusion. Cette situation peut être décrite par un potentiel d'interaction entre les deux interfaces solide-liquide, qui est extraite numériquement. Les résultats sont comparés avec un modèle phénoménologique qui se trouve à tenir pour les joints de grains à forte inclinaison, où les dislocations se chevauchent. Pour les joints de grains à faible angle, autour de préfusion dislocation ainsi qu'une brisure de symétrie (paires de dislocations forme) est observée. En conséquence, le potentiel d'interaction devient nonmonotonous, et se compose d'une attraction à longue portée et une répulsion à courte portée. Dans la troisième partie, un nouveau modèle de phase sur le terrain est développé en utilisant une variable d'angle pour décrire l'orientation cristalline. Contrairement aux modèles déjà existants, l'énergie libre est construit sans un terme proportionnel au module du gradient du champ de l'orientation. Au lieu de cela, le gradient de la norme au carré est utilisé, mais il est couplé à la phase du champ avec une fonction de couplage singulier. Diverses simulations référence sont réalisés afin de tester le modèle. Il se trouve qu'elle présente plusieurs artefacts tels que la rotation et le mouvement du grain parasite interface, mais ces effets sont extrêmement petites, telles que le modèle donne des résultats satisfaisants que si la surfusion est très faible. Enfin, les problèmes observés sont analysés et des moyens d'obtenir une meilleure description de la dynamique de l'angle de champ sont discutées.
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Zhao, Zhao. "Identification d'une nouvelle phase d'hydrure de zirconium et modélisation à l'échelle mésoscopique de sa précipitation." Thesis, Lille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LIL10166/document.
Full textAbstract:
Le combustible des réacteurs à eau sous pression (REP) est confiné par une première barrière appelée gaine combustible constituée d'alliages de zirconium. A ce jour, la plupart des gaines combustibles sont fabriquées en Zircaloy-4. En service, les tubes de gainages absorbent une fraction de l'hydrogène dégagée par la réaction de corrosion du métal. De nombreuses études ont démontré le caractère fragilisant des hydrures vis à-vis des propriétés mécaniques des tubes de gainage. Afin de garantir leur intégrité lors du maintien en service mais également une fois hors service (phases de transport et d'entreposage), il est nécessaire de pouvoir prédire le comportement des alliages de zirconium hydrurés en fonction de l'environnement dans lequel ils se trouvent (changements brusques de température, application d'une contrainte ... ). A ce jour il n'existe pas de modèle de précipitation permettant de rendre compte de la microstructure observée en présence d'une contrainte externe. Dans l'objectif de pallier au moins partiellement ce manque, une étude de caractérisation des hydrures a été menée en utilisant les techniques de la Microscopie Electronique en Transmission (MET). Elle a conduit à l'identification d'une nouvelle phase d'hydrure appelée <. A l'issue du travail de caractérisation, une modélisation de la précipitation de cet hydrure à l'échelle mésoscopique a été menée en utilisant un modèle de champ de phases développé au cours de ce travailLn pile, zirconium alloys in contact with the primary medium are submitted to hydrogen absorption that has significant consequences on their thermodynamic, mechanical and corrosion behaviors. Therefore, hydrogen in solid solution or hydrides precipitation can affect Zirconium alloys behaviors during service but also in long term storage and in accidental conditions. For both fundamentals aspects and safety reasons it is important te understand the precipitation process and to predict the influence various parameters like temperature, stresses, cooling rates and microstructure may have. Numerical modeling at the mesoscopic scale is an appealing approach to describe the precipitation and the "phase field" method appears to be particularly weil suited. The achievement of a realistic mesoscopic modeling should take into account an accurate kinetic, thermodynamic and structural data base in order to properly describe hydride nucleation, growth and coalescence as weil as hydride interaction with externat stresses. Such a data base relies on experimental data that are not always available; this is the reason why an accu rate structural characterization was performed. Therefore transmission electron microscopy observations were carried out on Zircaloy 4 specimens with various H contents. From this study, a new hydride phase called <, coherent with the matrix, was identified
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De, Rancourt Victor. "Modélisation de l’oxydation des aciers inoxydables polycristallins par une approche en champs de phases couplée avec la mécanique." Thesis, Paris, ENMP, 2015. http://www.theses.fr/2015ENMP0021/document.
Full textAbstract:
Les aciers austénitiques et alliages à base de nickel sont des matériaux de choix pour leurs propriétés mécaniques à haute température. L'enrichissement en chrome améliore leur durabilité de part la formation d'une couche d'oxyde protectrice à l'exemple de la chromine (Cr2O3).Il est néanmoins établi, par des essais mécaniques sous vide, que l'oxydation réduit de manière notable leur durée de vie en fatigue.En effet, la croissance d'oxyde peut être accompagnée d'une introduction de défauts tels que l'injection de lacunes, d'éléments délétères comme l'hydrogène mais également de contraintes résiduelles, etc., dans le métal.Les micromécanismes de fissuration sont ainsi régis par des interactions complexes entre l'environnement et la surface du métal, faisant intervenir composition chimique et microstructure.Aujourd'hui, les enjeux de sécurité et de compétitivité font de la prévision de la durée de vie de ces alliages une nécessité pour l'industrie nucléaire.L'augmentation de la dimension des modèles permet de prendre en compte de manière explicite les interactions multiphysiques du couple oxyde/métal sous l'action d'un chargement mécanique.La thèse s'inscrit dans cette démarche et propose une formulation d'un modèle de champ de phases couplé avec la mécanique et fondé sur les principes de la thermodynamique des milieux continus.Le comportement effectif de l'interface est présentement obtenu via des méthodes d'homogénéisation permettant de combiner des comportements mécaniques dissemblables, à l'image d'un substrat ductile et de son oxyde fragile.Les contraintes induites par la formation d'oxyde et également par le chargement mécanique peuvent être relaxées viscoplastiquement, de manière isotrope et anisotrope, respectivement dans l'oxyde et dans le substrat.Des simulations par éléments finis de l'oxydation généralisée ainsi que de l'oxydation intergranulaire sous chargement mécanique sont effectuées.Ces dernières mettent en évidence la possibilité d'un phénomène d'oxydation catastrophique par la génération de contraintes de tensions dans l'oxyde fragile, lesquelles peuvent être localisées le long des intrusions d'oxyde dans les joints de grainsAustenitic stainless steels and nickel based alloys are widely used for their mechanical properties at high temperatures.Their durability can be increased by the addition of chromium resulting in the formation of a protective oxide layer such as chromia (Cr2O3).Nevertheless, it is established from vacuum mechanical tests that oxidation significantly decreases their fatigue life.In fact, oxide growth can be followed with the injection of defects such as vacancies, deleterious chemical elements and residual stresses, etc., into the metal.The resulting cracking micromechanisms are therefore governed by complex interactions between the environment and the metal surface, implying the chemical composition and the microstructure of the metal.To date, materials life prediction is a necessity for the nuclear industry due to safety and economic issues.The enhancement of the model dimensionality allow to explicitly account for multi-physics interactions between oxide and metallic phases under mechanical loads.The thesis is in line with it and relies on the development of a phase field model coupled with mechanics that heavily relies on the principles of continuum thermodynamics.The effective behaviour of the interface is obtained by homogenisation methods allowing the mixture of separate behaviours, as it is the case on a ductile metallic substrate and its fragile oxide.Oxide growth residual stresses and mechanical load induced stresses can be relaxed by viscoplasticity, which is isotropic and anisotropic respectively for the oxide and the substrate.Full field finite element simulations are performed to study both generalised and intergranular oxidation under mechanical loads.The simulations highlight the possibility of triggering breakaway oxidation by the generation of tensile stresses in the fragile oxide, which can be localised along oxide intrusions at grain boundaries
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Bertrand, Thierry. "Approximation des phases aléatoires self-consistante appliquée à un modèle schématique de la théorie des champs." Lyon 1, 1998. http://www.theses.fr/1998LYO10292.
Full textAbstract:
L'approximation des phases aleatoires self consistante (scrpa) est une methode qui permet d'inclure dans la theorie du champ moyen des correlations dans l'etat fondamental et les etats excites. Elle a l'avantage de ne pas violer le principe de pauli, contrairement a la rpa, qui elle est basee sur l'approximation quasi bosonique ; de plus, de nombreuses applications, dans differents domaines de la physique, montrent un eventuel caractere variationnel. Ce dernier reste, cependant, a demontrer formellement. Le premier modele etudie avec la scrpa est l'oscillateur anharmonique a une dimension, dans la region ou une de ses symetries est brisee spontanement. L'energie fondamentale est fidelement reproduite par la scrpa, bien meilleure approximation que la rpa, sans aucune violation du principe variationnel de ritz ; ce qui n'est pas le cas de cette derniere. Le succes de la scrpa est le meme, pour l'energie fondamentale, dans le cas d'un modele melangeant fermions et bosons. Autour du point de transtion la scrpa corrige fortement la rpa, mais loin de cette region la correction devient negligeable, les deux approximations sont alors aussi precises l'une que l'autre. En region deformee, en approximation rpa, un mode spurieux apparait : artifice du au caractere microscopique du modele. La scrpa peut aussi reproduire ce mode d'une maniere tres precise et il coincide en fait avec une excitation dans le spectre exact.
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Kneur, Jean-Loic. "Calculs perturbatifs variationnellement améliorés en théorie des champs; calcul du spectre et contraintes sur le modèle supersymétrique standard." Habilitation à diriger des recherches, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00265720.
Full textAbstract:
Je discute quelques activités récentes en deux parties indépendantes. La première partie décrit une technique de resommation particulière des séries perturbatives qui peut donner des résultats non-perturbatifs dans certains cas. On détaille quelques applications en théorie des champs et de la matière condensée. Dans la deuxième partie, on développe quelques activités récentes en phénoménologie du modèle supersymétrique standard minimal, concernant le calcul précis du spectre de masse des particules supersymétriques, le calcul de la densité relique de matière noire supersymétrique, et les contraintes théoriques et expérimentales actuelles qu'on peut en déduire sur certains modèles.
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Robin, Éric. "Développement d'une méthode de démodulation de phase à partir d'une seule image de franges : applications des méthodes optiques de champ à la mesure en dynamique." Poitiers, 2005. http://www.theses.fr/2005POIT2321.
Full textAbstract:
Les progrès récents des caméras rapides nous permettent d'analyser des phénomènes très rapides, comme les propagations de fissures, les vibrations et les impacts. Ces caméras nous donnent une seule image à un instant donné de l'expérience. Les méthodes optiques sont largement utilisées par les chercheurs et les ingénieurs. Les valeurs des quantités que nous recherchons sont contenues dans la phase démodulée du réseau de franges. Habituellement, en statique, l'extraction de la phase est réalisée par des techniques de décalage de phase utilisant plusieurs images. Mais cette approche n'est pas valable en dynamique. Dans ce cas nous avons accès à seulement une image. Nous devons donc extraire l'information à partir d'une image de franges. Nous présentons deux techniques de démodulation de phase à partir d'une image de franges utilisant la technique de corrélation d'images. Le comportement et les performances des deux algorithmes sont présentés à l'aide d'exemplesThe recent progresses of the digital high speed cameras allows us to analyze very fast phenomena, such as cracks propagations, vibrations or impacts loading. These cameras give us a single frame of each time of experimental process. Optical methods in mechanics are widely used by researchers and engineers. The values of the quantities we are looking for are contained in the demodulated phase of the fringe pattern. Usually, in static, the phase extraction is performed by a phase shifting technique using several fringe patterns. But, this approach is unavailable for studies in dynamics. In this case, we have access to only one image for a given mechanical state. So we must extract the information from a single fringes pattern. We present two techniques of phase demodulation from a single real fringe pattern using the correlation technique. The behavior and the performances of both algorithms are presented with the help of examples
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Ghmadh, Jihène. "Etude par la méthode du champ de phase à trois dimensions de la solidification dirigée dans des lames minces." Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4368/document.
Full textAbstract:
Nous étudions numériquement la solidification directionnelle d'un alliage binaire à base de succinonitrile. Pour cela, nous développons un code s'appuyant sur le formalisme du champ de phase adapté au cas de la croissance dans des lames minces. Les résultats numériques obtenus sont comparés qualitativement et quantitativement avec les observations expérimentales. Une bonne confirmation des lois expérimentales et de nouvelles informations sur la dynamique des microstructures sont obtenues.La direction de croissance est généralement limitée par deux axes : l'axe cristallin principal et la direction du gradient thermique. Une première partie de la thèse porte sur l'étude des effets de la désorientation de l'axe cristallin sur la direction de croissance des structures et sur leurs morphologies. Nos résultats sont directement comparés à la loi expérimentale qui donne la réponse en orientation des microstructures sur l'ensemble de leur domaine d'existence en fonction du nombre de Péclet. Nous obtenons un accord très satisfaisant entre simulation et expérience. Dans la seconde partie de la thèse, une instabilité oscillante (mode 2λ − O) est étudiée en se basant sur le diagramme de stabilité expérimental. Dans ce mode deux cellules voisines oscillent en opposition de phase en largeur et en hauteur. Nos simulations reproduisent ce mode oscillant dans des lames minces et permettent une comparaison quantitative avec les expériences. Le régime des oscillations forcées est notamment exploré pour obtenir des informations sur la réponse en fréquence du systèmeWe report on a numerical study of directional solidification in thin samples of succinonitrile-based dilute alloy. This thesis is based on 3D phase-field simulations. Numerical results are compared qualitatively and quantitatively with experimental observations. The comparison gives a good confirmation of the experimental laws, while providing new information on the dynamics of microstructures. Growth direction of the microstructure is constrained by two axes : the main crystal axis and the direction of the thermal gradient. Simulations allow us to test the variations of the growth direction and the microstructure stability at various misorientation angles. Our results are directly compared with the experimental law that gives the microstructure orientation response in a large domain of Péclet numbers. We obtain a good agreement, both on qualitative and quantitative grounds, between experiments and 3D simulations.In the second part of this manuscript, an oscillatory instability (2λ − O mode) is numerically studied. This mode involves oscillations of both cell width and cell tip position. This instability is reproduced in numerical simulations with the aim of allowing a fine and relevant comparison with experiments of the domain of existence and the periods of oscillation. In particular, the forced oscillation regime is explored to obtain information on the frequency response of the system
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Yu, Zhan. "Modélisation de l'endommagement et de la fissuration des roches argileuses sous sollicitations thermo-hydromécaniques avec la méthode de champ de phase." Thesis, Lille 1, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1I108.
Full textAbstract:
Dans le contexte général de différents projets de recherche liés au stockage géologique des déchets radioactifs, à l'exploration de gaz de schiste et à la séquestration de gaz acides, il est nécessaire d'étudier l'endommagement et la fissuration des roches argileuses sous sollicitations thermo-hydromécaniques.La première partie de la thèse est consacrée au développement d'une nouvelle méthode de champ de phase pour des géomatériaux sous sollicitations complexes. Deux champs de phase sont définis afin de prendre en compte des fissures de traction et de cisaillement. Un cadre thermodynamique est proposé permettant de décrite les évolutions des deux champs de fissures. La déformation plastique des roches est également prise en considération. Un algorithme spécifique est ensuite proposé pour prendre en compte le couplage entre les champs de fissures et le champ de déplacement. Cet algorithme est mis en oeuvre dans le cadre de la méthode des éléments finis. L'efficacité de la nouvelle méthode de champ de phase est illustrée par des exemples de fissuration en traction et en cisaillement.Dans la deuxième partie, la méthode de champ de phase est étendue aux problèmes de couplage thermo-hydromécanique (THM). Une procédure numérique est développée permettant de considérer le couplage entres les champs de fissures, le champ mécanique et les champs de pression de fluide et de température. Les effects du couplage THM sur les mécanismes de fissuration est mis en évidence.Dans la dernière partie, deux exemples d'application sont présentés. Le premier concerne l'étude de l'endommagement et de la fissuration induits par l'excavation autour d'une galerie souterraine. Le deuxième est lié au problème de fissuration induite par la variation de température. Les deux exemples sont basés sur des expérimentations in situ menées par l'AndraIn the general framework of research projects related to geological disposal of radioactive waste, shale gas production and acid gas sequestration, it is necessary to investigate damage and cracking in clayey rocks under coupled thermo-hydro-mechanical loads (THM).In the first part of the thesis, a new phase-field method is developed for rock-like materials. Two crack fields are introduced in order to describe both tensile and shear cracks. A proper thermodynamics framework is proposed to describe the evolution of two crack fields. The plastic deformation of rocks is also taken into account. An efficient numerical algorithm is adopted for the coupling between the crack fields and displacement field. This algorithm is then set up in the framework of the finite element method. The efficiency of the new phase-field method is illustrated through examples showing tensile and shear cracks.In the second part, the phase-field method is extended to problems with thermo-hydro-mechanical coupling. To this end, a specific procedure is developed for the coupling between the crack fields, mechanical field and hydraulic and thermal fields. The effects of THM coupling on cracking mechanisms are investigated.The last part is devoted to two representative examples of application. The first one is relevant to the study of excavation induced damage and cracking around an underground gallery. The second one is related to the thermally induced cracking. Both examples are based on in situ experiments performed in the underground research laboratory of Andra
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Ouali, Taoufik. "Méthode cosmologique pour la détermination de la masse de Higgs." Montpellier 2, 1990. http://www.theses.fr/1990MON20046.
Full textAbstract:
Dans le but de connaitre l'effet de la phase electro-faible sur la forme d'expansion de l'univers, on utilise une methode cosmologique qui consiste a suivre les differentes etapes de son evolution. Cette methode permet d'avoir une estimation sur la valeur de la masse de higgs et sur l'instant du commencement de la phase electro-faible
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Ducousso, Tristan. "Etude de la solidification dirigée par la méthode du champ de phase : comparaison théorie - expérience pour un alliage binaire dilué." Aix-Marseille 3, 2009. http://www.theses.fr/2009AIX30043.
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En solidification dirigée, la direction de croissance des microstructures est contrainte par deux axes : l'orientation du cristal et le gradient thermique. Une loi pour la sélection de la direction de croissance a été récemment établie expérimentalement. Pour tester ces observations, nous utilisons un modèle de champ phase incorporant un courant correctif phénoménologique. Nos résultats diffèrent sensiblement de la loi expérimentale. C'est la forme du courant qui est remise en question dans cette étude. Premièrement, nous développons une forme généralisée du courant correctif à partir des principes de la thermodynamique. Ensuite, nous raccordons notre modèle au modèle physique pour un coefficient de diffusion quelconque dans la phase solide. Nous montrons que le courant dépend d'un paramètre X non défini dans un modèle à interface diffuse. Finalement, une méthode level-set est développée pour quantifier ce paramètre à partir d'une interface abrupte. Les résultats de cette méthode semblent indiquer que la valeur de X est très faible en solidification libre. Cependant, le gradient thermique en solidification dirigée pourrait augmenter la valeur de ce paramètre, et donc diminuer la précision du modèle du champ de phase. Une étude numérique reste à réaliser pour vérifier ce dernier pointThe growth direction of dendritic structures during directional solidification is bounded by crystal and imposed temperature gradient axes. An empirical scaling law has recently been proposed to describe the selected growth direction. These observations are compared to results obtained from a "one-sided" phase-field model including a phenomenological antitrapping current. We found a significant discrepancy between numerical and experimental results. One possible explanation may be found in the current form. First, a generalized expression for the antitrapping current is obtained in the framework of irreversible thermodynamics. Then, we present an analysis of the sharp-interface limit of our phase-field model with an arbitrary diffusion coefficient in the solid phase. We show that the current depends on a parameter X which cannot be determined directly with a diffuse-interface model. Finally, a level-set method based on sharp-interface model is developed to quantify this parameter. The level-set method indicates that X seems to be a very small parameter in free dendritic growth. However, the gradient temperature could increase this parameter in directional solidification, and so reduce the accuracy of the phase-field model. Numerical simulations remain to be done in order to test this point
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Ricateau, Hugo. "Dynamique hors équilibre des théories classiques des champs et des modèles de spin d’Ising." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066189/document.
Full textAbstract:
Cette thèse est constituée de deux parties indépendantes. Dans le premier chapitre, nous introduisons une méthode numérique permettant d'intégrer des équations aux dérivées partielles représentant la dynamique Hamiltonienne de théories des champs. Cette méthode est un intégrateur multi-symplectique qui préserve localement le tenseur énergie-impulsion sur de très longues périodes de temps et avec précision. Son principal avantage est d'être extrêmement simple tout en restant bien définie localement. Nous la mettons à l'épreuve sur le cas particulier du modèle phi^4 en 1+1 dimensions; nous expliquons également comment l'implémenter en dimensions supérieures. De plus, nous faisons une présentation géométrique de la structure multi-symplectique et nous introduisons une construction permettant de résoudre le problème de dégénérescence pouvant l'affecter.Le second chapitre traite d'aspects hors équilibre dans les systèmes statistiques: nous nous intéressons en particulier à la question de l'impact d'un taux de refroidissement fini lors d'une trempe à travers une transition de phase du second ordre. Pour décrire plus fidèlement le régime hors équilibre qui se produit avant la transition de phase, nous étendons le mécanisme dit de Kibble-Zurek. Nous décrivons comment la taille caractéristique des objets géométriques présents dans le système dépend du temps et du taux de refroidissement; ceci, avant et une fois le point critique atteint. Ces prédictions théoriques sont mises à l'épreuve sur l'exemple du modèle d'Ising ferromagnétique. Nous décrivons également les propriétés géométriques des domaines qui apparaissent dans le système au cours de la dynamique de refroidissementThis thesis is made up of two independent parts. In the first chapter, we introduce a novel numerical method to integrate partial differential equations representing the Hamiltonian dynamics of field theories. It is a multi-symplectic integrator that locally conserves the stress-energy tensor with an excellent precision over very long periods. Its major advantage is that it is extremely simple (it is basically a centered box scheme) while remaining locally well defined. We put it to the test in the case of the non-linear wave equation (with quartic potential) in one spatial dimension, and we explain how to implement it in higher dimensions. A formal geometric presentation of the multi-symplectic structure is also given as well as a technical trick allowing to solve the degeneracy problem that potentially accompanies the multi-symplectic structure. In the second chapter, we address the issue of the influence of a finite cooling rate while performing a quench across a second order phase transition. We extend the Kibble-Zurek mechanism to describe in a more faithfully way the out-of-equilibrium regime of the dynamics before crossing the transition. We describe the time and cooling rate dependence of the typical growing size of the geometric objects, before and when reaching the critical point. These theoretical predictions are demonstrated through a numerical study of the emblematic kinetic ferromagnetic Ising model on the square lattice. A description of the geometric properties of the domains present in the system in the course of the annealing and when reaching the transition is also given
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Gu, Hanfeng. "Multigrid methods for 3D composite material simulation and crack propagation modelling based on a phase field method." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEI090/document.
Full textAbstract:
Avec le développement des techniques d’imagerie telles que la tomographie par rayons X au cours des dernières années, il est maintenant possible de prendre en compte la microstructure réelle dans les simulations des matériaux composites. Cependant, la complexité des composites tels que des fibres inclinées et brisées, les vides, exige un grand nombre des données à l’échelle microscopique pour décrire ces détails et amène ainsi des problèmes difficiles en termes de temps de calcul et de mémoire lors de l’utilisation de méthodes de simulation traditionnelles comme la méthode Eléments Finis. Ces problèmes deviennent encore plus sérieux dans la simulation de l’endommagement, comme la propagation des fissures. Par conséquent, il est nécessaire d’étudier des méthodes numériques plus efficaces pour ce genre de problèmes à grande échelle. La méthode Multigrille (MG) est une méthode qui peut être efficace parce que son coût de calcul est proportionnel au nombre d’inconnues. Dans cette thèse, un solveur de MG efficace pour ces problèmes est développé. La méthode MG est appliquée pour résoudre le problème d’élasticité statique basé sur l’équation de Lamé et aussi le problème de la propagation de fissures basé sur une méthode de champ de phase. La précision des solutions MG est validée par une solution analytique classique d’Eshelby. Ensuite, le solveur MG est développé pour étudier le processus d’homogénéisation des composites et ses solutions sont comparées avec des solutions existantes de la littérature. Après cela, le programme de calcul MG est appliqué pour simuler l’effet de bord libre dans les matériaux composites stratifiés. Une structure stratifiée réelle donnée par tomographie X est d’abord simulé. Enfin, le solveur MG est encore développé, combinant une méthode de champ de phase, pour simuler la rupture quasi-fragile. La méthode MG présente l’efficacité à la fois en temps de calcul et en mémoire pour résoudre les problèmes ci-dessusWith the development of imaging techniques like X-Ray tomography in recent years, it is now possible to take into account the microscopic details in composite material simulations. However, the composites' complex nature such as inclined and broken fibers, voids, requires rich data to describe these details and thus brings challenging problems in terms of computational time and memory when using traditional simulation methods like the Finite Element Method. These problems become even more severe in simulating failure processes like crack propagation. Hence, it is necessary to investigate more efficient numerical methods for this kind of large scale problems. The MultiGrid (MG) method is such an efficient method, as its computational cost is proportional to the number of unknowns. In this thesis, an efficient MG solver is developed for these problems. The MG method is applied to solve the static elasticity problem based on the Lame's equation and the crack propagation problem based on a phase field method. The accuracy of the MG solutions is validated with Eshelby's classic analytic solution. Then the MG solver is developed to investigate the composite homogenization process and its solutions are compared with existing solutions in the literature. After that, the MG solver is applied to simulate the free-edge effect in laminated composites. A real laminated structure using X-Ray tomography is first simulated. At last, the MG solver is further developed, combined with a phase field method, to simulate the brittle crack propagation. The MG method demonstrates its efficiency both in time and memory dimensions for solving the above problems
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Rasheed, Amer. "Solidification Dendritique de Mélanges Binaires de Métaux sous l'Action de Champs Magnétique: Modélisation, Analyse Mathématique et Numérique." Phd thesis, INSA de Rennes, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00565743.
Full textAbstract:
La compréhension du comportement des matériaux en présence d'impuretés, durant le processus de solidification, nécessite le développement de méthodologies appropriées pour une analyse et un contrôle efficace des changements topologiques des microstructures (par exemple, la formation des dendrites) au cours des différentes phases de transformation. L'objectif de cette thèse est de construire un modèle pertinent de solidification d'alliages binaires sous l'action de champs magnétiques, d'analyser les systèmes issus du modèle mathématique ainsi développé, d'un point de vue théorique et numérique, et enfin de développer une méthode de contrôle optimal afin de contrôler la dynamique du front de solidification par l'action du champs magnétiques. Dans un premier temps, nous avons décrit la physique du problème et les lois fondamentales nécessaires à la modélisation, puis nous avons construit un nouveau modèle de champ de phase, qui tient compte de l'influence de l'action du champ magnétique sur le mouvement du front de solidification. Le modèle ainsi développé est caractérisé par le couplage de trois systèmes : un de type magnétohydrodynamique, un second de type Warren-Boettingger avec convection (représentant l'évolution du front de solidification et la concentration du mélange binaire) et un troisième représentant l'évolution de la température. Les équations du système complet décrivant le modèle, dans un domaine Ω inclus dans R^{n}, n ≤ 3, sont évolutives, non linéaires, couplées et anisotropes. Dans une seconde partie, nous avons effectué l'analyse théorique du modèle développé dans le cas isotherme et isotrope en dimension deux. Nous avons obtenu des résultats d'existence, de régularité, de stabilité et d'unicité d'une solution, sous certaines conditions sur des opérateurs non linéaires du système. Enfin, nous avons développé une méthode de contrôle optimal non linéaire : le champ magnétique (qui intervient sous forme multiplicative) joue le rôle de contrôle, et l'observation est l'état désiré de la dynamique du front. Nous avons démontré l'existence d'une solution optimale et obtenu la sensibilité de l'opérateur solution et les conditions d'optimalité en introduisant un problème adjoint. Cette partie théorique de la thèse est complétée par un important travail numérique. L'analyse et les simulations numériques ont été menées sur le problème complet bi-dimensionnel non linéaire (isotrope et anisotrope). Nous avons utilisé pour la discrétisation la méthode des lignes qui consiste à considérer séparément la discrétisation temporelle et spatiale. La discrétisation spatiale est effectuée par un schéma d'éléments finis mixtes et le système différentiel algébrique obtenu est résolu par l'utilisation du solveur DASSL. La discrétisation du domaine est effectuée par des mailles triangulaires non structurées. Dans le cas réaliste, elles correspondent à un maillage non uniforme et trés fin dans la zone de la dendrite et au niveau de l'interface. Nous avons obtenu des estimations d'erreur pour les différentes variables d'état du modèle et analysé la robustesse et la stabilité des schémas d'approximation. Ce code numérique a été validé sur différents exemples, et donne d'excellents résultats. Ensuite, nous avons exploité le code pour traiter un problème réaliste, à savoir la solidification dendritique d'un alliage binaire Nickel-Cuivre, et analyser l'influence de champs magnétiques sur l'évolution des dendrites. Les résultats obtenus montrent l'efficacité de l'approche à reproduire les observations expérimentales.
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Simonin, Jean-Pierre. "Influence d'un champ sur la diffusion en milieu liquide : étude de quelques aspects stochastiques et expérimentaux." Paris 6, 1986. http://www.theses.fr/1986PA066611.
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Calcul de la constante cinétique dans le cadre d'un modèle de barrière de potentiel : passage en revue des théories existantes. Proposition d'une méthode pour le cas des barrières basses. Présentation d'une technique de mesure des coefficients de diffusion, application à l'étude de la diffusion couplée d'électrolytes. Combinaison avec la méthode de l'électrode tournante. Application à la mesure des constantes cinétiques d'extraction.
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Zaim, Mohammed. "Modélisation numérique de la localisation de l'écoulement et des déformations dans les milieux poreux partiellement saturés." Electronic Thesis or Diss., Ecole centrale de Nantes, 2023. http://www.theses.fr/2023ECDN0024.
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L’écoulement sous forme dedigitation (fingering en anglais) est uneinstabilité hydraulique qui se produit dans lesmilieux poreux partiellement saturés en raisondu déplacement du fluide en place dans lespores par un autre fluide caractérisé par unedensité et une viscosité différente. Dans le casdu déclenchement de cette instabilité l’interfaceséparant les deux fluides devient instable etforme des doigts (fingers). Les modèlesclassiques décrivant l’écoulement dans lesmilieux poreux partiellement saturés nepermettent pas de modéliser ce phénomèneétant basés sur une loi de comportementdonnée par la courbe de rétention, qui reliedirectement la pression capillaire au degré desaturation. Afin de tenir compte de la digitationun modèle à gradient qui repose sur uneapproche de champs de phase pour les milieuxporeux partiellement saturés déformables estadopté dans le cadre de ce travail.La mise en place numérique de ce modèleporomécanique enrichi par la méthode deséléments finis permet, d'une part, de simuler ledéveloppement de la digitation et, d'autre part,de capturer son effet sur la déformationirréversible, et éventuellement localisée, dusquelette solide. L'application envisagéeconcerne le comportement des sols à grainsfins dont le comportement dilatant/contractantsuscite de plus en plus l'intérêt de lacommunauté scientifique tant dans le domainede la recherche expérimentale que dans celuide la modélisation numériqueFingering flow is a hydraulicinstability that occurs in partially saturatedporous media due to the displacement of thefluid in place in the pores by another fluidcharacterized by a different density andviscosity. When this instability is triggered, theinterface separating the two fluids becomesunstable, forming fingers. Traditional modelsdescribing flow in partially saturated porousmedia are unable to model this phenomenon, asthey are based on a constitutive law given bythe retention curve, which directly relatescapillary pressure to the degree of saturation. Inorder to account for fingering, a gradient modelbased on a phase field approach for deformablepartially saturated porous media is adopted inthis work.The numerical implementation of this newporomechanical model, using the finiteelement method, allows characterizing on theone hand the occurrence of fingering hydraulicinstabilities and on the other one to capturetheir effects on the irreversible, and possibleunstable, deformation of the solid skeleton. Theenvisaged application concerns the behavior offine-grained soils whose dilatant/contractantbehavior is more and more attracting theinterest of the scientific community both in thefields of experimental research and numericalmodeling
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Younsi, Amina. "Simulations des effets des écoulements sur la croissance cristalline d'un mélange binaire. Approche par méthode de Boltzmann sur réseau." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2015. https://theses.hal.science/tel-01221833/document.
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Gmati, Hela. "Modélisation par champ de phase de la rupture des matériaux solides élastiques et élasto-viscoplastiques." Thesis, Paris, HESAM, 2020. http://www.theses.fr/2020HESAE010.
Full textAbstract:
La méthode des champs de phases, qui a été conçue pour les problèmes d'interface, fournit un formalisme général intéressant pour la modélisation de la rupture. Ce formalisme est donc utilisé dans ce travail afin de construire des lois de comportement qui permettent de modéliser la rupture des matériaux homogènes et hétérogènes (i.e. polycristallins). Plus spécifiquement, deux modèles de comportement, qui utilisent les ingrédients de la mécanique de l'endommagement, sont proposés. Dans le premier cas, typique de la rupture fragile, l'endommagement est gouverné par le stockage d'énergie élastique. Le second modèle se concentre sur le cas où l'endommagement est piloté par le processus de déformation plastique, ce qui est représentatif de l'endommagement ductile ou de fatigue.Le modèle pour la rupture fragile utilise une variable d'endommagement scalaire pour décrire la perte de rigidité progressive. Le gradient de cette variable est traité comme une variable d'état supplémentaire afin de considérer l'augmentation d'énergie de surface due à la fissuration. La prise en compte des effets de fermeture repose sur une décomposition déviatorique/sphérique de l'énergie élastique. L'approche proposée est flexible en cela que des paramètres permettent de contrôler les contributions sphérique et déviatorique à la croissance de l'endommagement. Aussi, la description de la perte de rigidité ne nécessite pas d'hypothèse particulière quant à la classe de symétrie du matériau considéré. L'implémentation numérique du modèle, via la méthode des éléments finis, permet de réaliser des simulations représentatives sous chargement aussi bien statique que dynamique.Le cadre général de la plasticité cristalline est ensuite utilisé pour construire un modèle champs de phases pour les matériaux élasto-viscoplastiques polycristallins. L'approche est semblable à celle utilisée précédemment, à ceci près que le couplage endommagement-écrouissage est introduit. Ce choix de modélisation permet de considérer l'impact des déformations plastiques sur le développement de l'endommagement. Les résultats numériques obtenus avec le modèle proposé permettent de reproduire les aspects essentiels de la rupture ductile et par fatigue des matériaux métalliquesThe Phase-Field Method (PFM), which has been designed for interfacial problems, provides an attractive framework for the modelling of fracture. The present work aims at developing some constitutive models within the framework of the PFM to model fracture in homogeneous and polycrystalline materials. For this purpose, two different situations have been examined. For the first situation, which is typical of brittle fracture, the development of damage is driven by the accumulation of elastic strain energy. The second situation is the one where damage is controlled by the development of plastic strains, which is quite common for ductile or fatigue fracture.The phase-field model for brittle fracture uses a scalar damage variable to represent the progressive degradation of mechanical resistance. The spatial gradient of the damage variable, which is treated as an additional external state variable, serves regularization purposes and allows considering the surface energy associated with cracks. The deviatoric/spherical decomposition of elastic strain energy is used to consider closure effects. Some material parameters have been introduced to control the impact of deviatoric and spherical contributions on the development of damage. Also, the proposed strategy is adapted to any class of material symmetry. Numerical implementation is undertaken via the finite element method, where nodal degrees of freedom are the displacement and the damage variable. For illustration purpose, the numerical simulations are carried out under both static and dynamic loading conditions.An extension of the above model to plasticity-driven fracture in polycrystalline materials is also proposed. The framework of crystal plasticity has been used for the construction of constitutive relations. To consider the role of plastic strains on the development of damage, the proposed strategy uses the coupling between damage and hardening. The consequence is that the driving force for damage contains some contributions from isotropic and kinematic hardening variables. According to the numerical results, the important features of ductile and fatigue fracture are correctly reproduced
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Zhang, Qi. "Théorie et simulation de la conjugaison de phase magnéto-acoustique." Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00343775.
Full textAbstract:
Cette thèse présente des solutions analytiques en conjugaison de phase acoustique unidimensionnelle dans un milieu actif. Le conjugateur dans ces études est en contact direct avec des milieux passifs et la zone active peut occuper la totalité ou une partie du conjugateur. La base de la théorie développée dans cette thèse est une analyse directe par une méthode multi-échelle. Les résultats sont obtenues sous une formes simple à utiliser : le seuil du mode supercritique, les taux de croissance et sa relation avec les répartitions spatiales de contrainte dans le conjugateur sont donnés sous forme analytique.
Une approche du problème de focalisation est présentée par transposition des résultats 1D à la symétrie sphérique. Toutes les solutions analytiques sont comparées avec des résultats numériques. Enfin le problème de la conjugaison de phase en 2D est initié numériquement.
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El, kettani Perla. "Équations d'évolution stochastiques locales et non locales dans des problèmes de transition de phase." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS494/document.
Full textAbstract:
Le but de cette thèse est de développer des méthodes de démonstration d’existence et d’unicité de solutions d’équations d’évolution stochastiques locales ou non locales dans les problèmes de transition de phase. Au chapitre 1, nous étudions un problème à valeur initiale pour une ´équation de réaction-diffusion stochastique non locale avec des conditions aux limites de Neumann homogènes dans un ouvert borné de ℝn de frontière suffisamment régulière. On considère le cas d’un opérateur elliptique non linéaire assez général et on suppose que le bruit est additif et induit par un processus Q-Wiener. Le problème déterministe modélise la séparation de phases dans des alliages binaires. La démonstration d’existence de la solution du problème stochastique est basée sur un changement de fonction qui fait intervenir la solution de l’équation de la chaleur stochastique avec un terme de diffusion non linéaire. On est ainsi conduit à l'étude d’un problème sans terme de bruit, ce qui facilite l’application de la méthode de monotonie pour identifier la limite des termes non linéaires. Au chapitre 2, nous démontrons l’existence et l’unicité de la solution d’un système de champ de phase stochastique avec des bruits multiplicatifs induits par des processus Q-Wiener. Les problèmes de champ de phase sont utilisés pour d´écrire des modèles où deux phases distinctes interviennent comme par exemple l’eau et la glace. Dans ce but, nous appliquons la méthode de Galerkin et nous établissons des estimations a priori pour la solution approchée. Nous nous appuyons ensuite sur la méthode de monotonie stochastique pour identifier la limite du terme non linéaire. Finalement, au chapitre 3, nous démontrons l’existence et l’unicité d’une solution trajectorielle en dimension d’espace d ≤ 6 pour l’équation d’Allen-Cahn non locale stochastique avec un bruit multiplicatif induit par un processus Q-Wiener. La présence d’une variable supplémentaire empêche l’application des théorèmes de compacité usuels utilisés dans les problèmes déterministes. C’est ce qui nous amène à appliquer la méthode de compacité stochastiqueThe aim of this thesis is to develop methods for proving the existence and uniqueness of solutionsof local and nonlocal stochastic evolution equations in phase transition problems. In chapter 1, we studyan initial value problem for a nonlocal stochastic reaction-diffusion equation with homogeneous Neumannboundary conditions in an open bounded set of ℝn, with a smooth boundary. We consider the case of ageneral nonlinear elliptic operator and we suppose that the noise is additive and induced by a Q-Wiener process.The deterministic problem with a linear diffusion term is used to model phase separation in a binarymixture. The proof of existence for the stochastic problem is based on a change of function which involvesthe solution of the stochastic heat equation with a nonlinear diffusion term. We obtain a problem withoutthe noise term. This simplifies the application of the monotonicity method, which we use to identify thelimit of the nonlinear terms. In chapter 2, we prove the existence and uniqueness of the solution for a phasefield problem with multiplicative noises induced by Q-Wiener processes. This problem models for instancethe process of melting and solidification. To that purpose we apply the Galerkin method and derive a prioriestimates for the approximate solutions. The last step is to identify the limit of the nonlinear terms whichwe do by the so-called stochastic monotonicity method. Finally, in chapter 3, we prove the existence anduniqueness of a pathwise solution in space dimension up to 6 for the stochastic nonlocal Allen-Cahn equationwith a multiplicative noise induced by a Q-Wiener process. The usual compactness method for deterministicproblems cannot be applied in a stochastic context because of the additional probability variable. Therefore,we apply the stochastic compactness method
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Gong, Yang Hao. "Sur l'analyse multiéchelle du changement de morphologie du PET sous l'effet de la température ou des sollicitations mécaniques." Thesis, Paris Est, 2018. http://www.theses.fr/2018PESC1003/document.
Full textAbstract:
Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à la simulation de l’évolution de la microstructure d’un polymère. Plus précisément, nous avons étudié le changement de la morphologie du polyéthylène téréphthalate (PET) sous l’effet de différents mécanismes. Ces simulations sont réalisées par la méthode des champs de phase. Il s’agit d’une méthode basée sur l’équation de Cahn-Hilliard ou l’équation de Ginzburg-Landau. Elle utilise un paramètre d’ordre pour décrire l’état du matériau, des variables thermodynamiques et cinématiques. Ainsi on peut décrire l’évolution d’une microstructure sans suivre l’interface et ainsi reproduire l’évolution de la structure cristalline sphérolitique qui apparait lors d’une cristallisation induite par la température. Dans le cadre d’un changement de morphologie induit par la température, le calcul par champ de phase a été simulé par la méthode de différences finies et la méthode d’éléments finis. Le coefficient cinétique a été identifié à partir de données expérimentales de la littérature. En introduisant un modèle du champ de phases multiples (the MPF model) on a aussi simulé l’évolution de plusieurs sphérolites et gérer la jonction lorsque deux sphérolites se rencontrent. La croissance et la jonction des sphérolite a été modélisée par la méthode d’éléments finis : elle reproduit parfaitement l’évolution expérimentale de cristallisation isotherme d’un polymère. En comparant ces résultats avec le modèle macroscopique d’Avrami, une évaluation de la constante d'Avrami, K(T), a été discutée en fonction des fluctuations des conditions initiales (positions et taille des germes).Dans le cadre de la cristallisation induite par la déformation mécanique, nous avons couplé le champ de phase aux équations de la mécanique pour un comportement viscoélastique différent pour chaque phase. L’influence, sur la cristallisation et l’orientation, de la déformation, de la vitesse de sollicitation, du contraste entre les phases sont étudiées et comparées qualitativement aux observations expérimentales. Il s’agit d’une étude préliminaire qui devra être poursuivie et affinée afin de prédire une morphologie plus réalisteIn this thesis work, we are interested in simulating the evolution of the microstructure of a polymer. In particular, we have studied in the morphology change of polyethylene terephthalate (PET) under different mechanisms. These simulations carried out by the phase field simulation. This method based on the Cahn-Hilliard equation or the Ginzburg-Landau equation. It uses an order parameter to describe the state of material, thermodynamic and kinetic variables. Thus we can describe the microstructure evolution without tracking the interface (which would require complex remeshing) and reproduce the evolution of the crystalline structure within the polymers, for example the growth of spherulites which appear during crystallization induced by temperature. Within the scope the morphology changing by the temperature, the evolution of phase field simulation is performed by the finite difference method and the finite element method. The kinetic coefficient is adjusted in order to fit the experiment data in of the literature. We introduce the multiphase field model (the MPF model) in order to simulate the evolution of several spherulites and to describe the junction of spherulites. The growth and junction of spherulites have been modeled by the finite element method and nicely reproduced in comparing the experimental evolution of isothermal crystallization of a polymer. Comparing these results with the Avrami macroscopic model, an evaluation of the Avrami constant, K (T), was discussed according to the fluctuations of the initial conditions (positions and size of the germs).In the following part, we study the crystallization induced by mechanical deformation. We are interested in the viscoelastic model to simulate the induced crystallization of PET in plane stress. The phase field model coupled to mechanics will be presented. Different viscoelastic behaviors have been considered for each phase. The influence on crystallization and orientation of the deformation, the stress velocity and the contrast between the phases are studied and compared qualitatively with the experimental observations. This is a preliminary study that will have to be continued in order to predict a more realistic morphology
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Laporte, Eric. "Application de la méthode d'analyse en boucle ouverte à la conception d'oscillateurs à résonateur diélectrique et contrôlé en tension en bande X, à très faible bruit de phase." Limoges, 1997. http://www.theses.fr/1997LIMO0015.
Full textAbstract:
Ce travail propose l'analyse en fort signal et en bruit des oscillateurs utilisant des transistors a effet de champ et bipolaires a heterojonction. Apres un rapide tour d'horizon sur la modelisation analytique des transistors hyperfrequences, nous montrons la methode d'analyse en fort signal des oscillateurs basee sur le formalisme des systemes boucles. Une extension de celle-ci au cas des transistors bipolaires a heterojonction est presentee. Le calcul du spectre de bruit de phase de ces circuits est effectue par deux methodes qui sont comparees sur trois circuits utilisant des elements actifs differents. Une etude a permis de montrer l'influence de certaines non linearites du transistor sur le spectre de bruit de phase des oscillateurs. Ces differentes methodes sont appliquees a la conception d'un oscillateur a resonateur dielectrique et d'un oscillateur controle en tension fonctionnant a 10 ghz en technologie monolithique et possedant un tres faible spectre de bruit de phase.
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Nguyen, Khac Lan. "Modèles de champ de phase et modèles Lattice Boltzmann pour la segmentation 3D de tumeurs en imagerie ultrasons hautes fréquences." Thesis, La Rochelle, 2019. http://www.theses.fr/2019LAROS011.
Full textAbstract:
Nous nous intéressons dans cette thèse au problème de la segmentation 3D de tumeurs de la peau dans des images ultrasons hautes fréquences. Nous nous concentrons essentiellement sur deux questions : comment estimer au mieux le volume des tumeurs (en accord avec les références produites par des dermatologues) et comment produire des algorithmes dont les temps de calcul se rapprochent du temps réel ? Dans un premier temps, nous décrivons un nouvel modèle, log-likelihood Cahn-Hilliard (LLCH), basé sur une formulation variationnelle couplant un terme d’attache aux données calculé à partir d’estimations non paramétriques et un terme de régularisation issu d’une dynamique de transitions de phase (équation de réaction diffusion d’Allen Cahn). Ce modèle est testé avec une première implémentation multigrille par solutions exactes calculées grâce à un splitting de Lie. Dans un second temps, nous nous intéressons à la possibilité d’implémenter le modèle LLCH par des méthodes Lattice Boltzmann (LBM). La dynamique sous-jacente n’étant pas de nature physique, cette implémentation n’est pas directe et est sujette à des problèmes d’instabilité. Nous montrons que, compte tenu des spécificités du terme d’attache aux données, les schémas BGK, à simple temps de relaxation, ne permettent pas d’assurer une stabilité suffisante. Nous avons alors recours à des schémas MRT, à temps de relaxation multiples, qui permettent par l’introduction de paramètres additionnels de gagner en stabilité. L’ajustement des paramètres dits quartiques permet d’obtenir des schémas exacts à l’ordre 4 et numériquement stables. Les tests réalisés sur une base de données cliniques avec une vérité terrain fournie par des dermatologues montrent que les résultats obtenus grâce aux deux implémentations proposées sont bien meilleurs que ceux obtenus par les méthodes level sets et que notre modèle est une bonne alternative pour pallier le problème de la sous-estimation du volume tumoral. Les temps de calcul, pour des images 3D d’environ 70 millions de voxels, sont très courts et tout-à-fait adaptés pour une utilisation pratique en milieu médicalIn this thesis, we are interested in the problem of 3D segmentation of skin tumors in high frequency ultrasound images. We focus mainly on two questions: how best to estimate the volume of tumors (in accordance with references produced by dermatologists) and how to produce algorithms whose computation times are close to real time? First, we describe a new model, log-likelihood Cahn-Hilliard (LLCH), based on a variational formulation coupling a data attachment term computed from non-parametric estimates and a regularization term derived from a phase transition dynamic (Allen Cahn reaction diffusion equation). This model is tested with a first multigrid implementation using exact solutions calculated with a Lie splitting. Secondly, we are interested in the possibility of implementing the LLCH model using lattice Boltzmann methods (LBM). The underlying dynamic is not physical in nature, so this implementation is not direct and is subject to instability problems. We show that, due to the specificities of the data attachment term, the BGK schemes, with simple relaxation time, do not ensure sufficient stability. We then use MRT schemes, with multiple relaxation times, which allow us to gain stability by introducing additional parameters. The adjustment of the so-called quartic parameters makes it possible to obtain fourth-order exact schemes that are numerically stable. Tests performed on a clinical database with ground truth provided by dermatologists show that the results obtained with the two proposed implementations are much better than those obtained with level sets methods and that our model is a good alternative to overcome the problem of underestimation of tumor volume. The computation times, for 3D images of about 70 million voxels, are very short and well adapted for practical use in medical environments
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Schwaab, Marie-Émeline. "Growth of interacting cracks : numerical approach to "En-passant" fracture." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSE1276/document.
Full textAbstract:
La rupture macroscopique d’un matériau intervient généralement lorsque des micro-défauts coalescent, plutôt que par la propagation catastrophique d’une seule fissure. Il est donc souhaitable d’étudier des configurations de rupture où de multiples fissures interagissent. Les paires de fissures en-passant (EP), où deux fissures parallèles croissent l’une vers l’autre, sont particulièrement intéressantes d’un point de vue applicatif. Cette configuration de rupture se retrouve aussi bien dans des situations naturelles (os, dorsales océaniques,…) qu’industrielles (génie civil, pièces métalliques,…). Malgré la diversité de tailles et de matériaux dans lesquels ces fissures existent, leurs trajectoires ont une forme typique en crochet quasi-universelle dont l’origine, résultant de l’interaction fissure-fissure répulsive puis attractive, est mal comprise. En particulier, le comportement répulsif initial semble mettre à mal la mécanique élastique linéaire de la rupture (MELR). Dans cette thèse, nous avons d’abord étudié les fissures EP dans le cadre de la MELR. L’étude de l’angle initial de déviation et la simulation de trajectoires a montré contre toute attente que la MELR permet de reproduire qualitativement la forme en crochet. Prédire précisément certaines caractéristiques, comme l’intensité de la phase répulsive, nécessite plus de finesse au niveau de la représentation du comportement matériau. Nous avons ensuite utilisé un modèle par champ de phase pour enrichir le modèle matériau. Les nouvelles trajectoires simulées étant fortement influencées par la longueur caractéristique du champ de phase, il est possible d’obtenir un modèle plus juste quantitativement. Une perspective intéressante reste de relier cette longueur à la microstructure du matériauMacroscopic failure of a material happens generally through the coalescence of micro-defects rather than the catastrophic propagation of a single crack. It is therefore advisable to study fracture problems in which many cracks interact. The case of en-passant crack pairs (EP-cracks), two parallel and offset cracks approaching each other by propagating through their inner tips, presents a marked interest as these cracks can be found in various natural (bones, oceanic rifts,..) or industrial (civil engineering,…) situations. Despite the large variety of scales and materials in which these cracks are observed, their trajectories present a remarkably self-similar hook-shape. This shape result from the crack-crack interaction, first repulsive before becoming attractive, and its origin is poorly understood. In particular, the initial repulsive behaviour seems to question the validity of linear elastic fracture mechanics (LEFM). In this thesis, we first studied EP-cracks in the LEFM framework. The study of the initial kink angle and the simulation of crack paths showed against all expectations that LEFM is able to reproduce qualitatively the hook-shaped paths. Precise predictions of specific characteristics, such as the magnitude of repulsion, requires a more refined model of the material behaviour. We then used a phase-field model to augment the material representation. As they are strongly influenced by the characteristic length scale of the phase-field, the new simulated trajectories indicate that it is possible to develop a more quantitatively correct model. An attractive prospect is to link this characteristic length to the material microstructure
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Vaills, Yann. "Contribution à l'étude des transitions de phase structurales des pérovskites CsCaCl3 et CsPbCI3 par résonance paramagnétique électronique de l'ion Gd3+." Paris 6, 1986. http://www.theses.fr/1986PA066149.
Full textAbstract:
Les composés du titre synthétisés par la méthode Bridgman-Stockbaerger ont été étudiés à l'aide des sondes paramagnétiques Gd3+-S2-. Le groupe d'espace de CsCaCl3 en phase quadratique a été déterminé par diffraction RX. Détermination des paramètres des hamiltoniens de spin des sondes et interprétation dans le cadre des modèles de superposition et électrostatique. Etude des transformations de phase dans les deux composes.
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Borzacchiello, Domenico. "Three-dimensional numerical simulation of encapsulation in polymer coextrusion." Phd thesis, Université Jean Monnet - Saint-Etienne, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00976093.
Full textAbstract:
The objective of the present work is the analysis of coextrusion processes by numerical simulation based on phase-field modeling of stratified confined flows. The study of such flows is motivated by the presence of complex phenomena appearing in a vast range of industrial operational coextrusion conditions due to the differences in the components properties and their viscoelastic behavior. The basic idea in coextrusion is to combine several layers of different polymers in a common die, to form a unique product with enhanced properties. However, the existence of fluid stratification in the die is responsible of a severe distortion of the interface between the fluid components, causing a loss of efficiency for the whole process. Experimental data show that, even if a stratified initial configuration is imposed at the die entry, one fluid eventually encapsulates the other in most of the flow condition analyzed. The intrinsically three-dimensional nature of this phenomenon has required the development of a three-dimensional flow solver based on the finite volume discretization of the Navier-Stokes equations for incompressible and isothermal flow, together with differential nonlinear constitutive equations (Giesekus, PTT models). The presence of two fluid phases is taken into account by a phase field model that implies the solution of an additional scalar equation to describe the evolution of the interface on a fixed Eulerian grid. This model, unlike others of the same family, has a thermodynamic derivation and can be physically interpreted. The proposed method is tested against experimental data and solutions already available in literature and a study of coextrusion in rectangular dies is performed to identify the dependence of encapsulation on the flow parameters
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Tiwari, Vaishnvi. "A consistent approach for coupling lumped-parameter and phase-field models for in-vessel corium to thermodynamic databases." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLX087.
Full textAbstract:
Cette thèse de doctorat s’intéresse à la manière d’assurer une représentation thermodynamiquement consistante du corium en cuve (un mélange à haute température de matériaux fondus du cœur et des structures d’un réacteur nucléaire, décrit par le système U-O-Zr-acier) dans les modèles couplés de thermohydraulique-thermochimie mis en jeu pour l’étude des Accidents Graves (AG) des Réacteurs refroidis à l’Eau Légère (RELs), en particulier, pour la stratégie dite de rétention du corium en cuve. Dans ce contexte, l’utilisation d’une base de données thermodynamiques obtenue par la méthode CALPHAD apparait pertinente pour l’obtention des fermetures et données d’entrée des modèles de thermohydraulique et de thermochimie respectivement. Ces bases de données décrivent des modèles relatifs aux fonctions d’énergie de Gibbs des différentes phases possibles d’un système. Elles peuvent être utilisées pour évaluer les conditions possibles d’équilibre thermodynamique d’un système ainsi que ses propriétés thermodynamiques dans des conditions hors-équilibre.Dans ce travail, une approche systématique pour l’utilisation exhaustive de ces données CALPHAD dans les modèles couplés a été proposée. Les questions soulevées ont été traitées au travers de l’étude de modèles « maquettes » décrivant une partie des phénomènes relatifs au comportement du corium en cuve à des échelles macroscopique ou mésoscopique.Dans une première partie, la possibilité de construire les fermetures (sous la forme de relations enthalpie-température et de conditions locales d’équilibre) d’un modèle intégral à une échelle macroscopique à partir de données CALPHAD a été évaluée. En considérant le système ternaire U-O-Zr, ce modèle décrit le processus de solidification en front plan à la frontière d’un bain de corium fondu. Une seconde partie dans ce travail a été consacrée au développement d’une formulation générale pour des modèles à interface diffuse obtenus par une approche par champ de phase et s’adressant à la simulation de différents processus thermochimiques non-isothermes tels que la solidification ou la ségrégation de phase. Les questions relatives à la consistance thermodynamique du modèle ainsi qu’à la sélection de ses paramètres (en particulier, vis-à-vis de la mise à l’échelle de l’épaisseur d’interface) ont été traitées et des résultats numériques ont été discutés pour les systèmes binaires U-Zr et U-O dans des conditions isothermesThis Ph.D. thesis is focused on ensuring a thermodynamically consistent representation of in-vessel corium (a high temperature mixture of molten reactor core and structural materials, described as a U-O-Zr-steel system) in the coupled thermohydraulic-thermochemical models that are used for performing Severe Accident (SA) analysis of nuclear Light Water Reactors (LWRs); in particular, the In-Vessel Melt Retention (IVMR) Strategy. In this context, the use of a thermodynamic database obtained by the CALPHAD method seems relevant by providing closures and inputs to the thermohydraulic and thermochemical models respectively. These databases consist of models for Gibbs energy functions of the possible phases for a system that can be used to obtain the equilibrium thermodynamic description for the system as well as material thermodynamic properties for out-of-equilibrium conditions.Through this work, a systematic approach for ensuring extensive utilization of CALPHAD data in the coupled models has been developed, and the associated questions have been answered for ‘mock-up’ macroscopic and mesoscopic models developed for describing some of the phenomena pertaining to in-vessel corium behaviour.As a first step, the feasibility of using CALPHAD based closures (in the form of enthalpy-temperature relations and local equilibrium conditions) has been tested on the macroscopic model developed using the lumped parameter approach. Considering the ternary U-O-Zr system, this model describes the plane front solidification process at the boundary of a molten corium pool. The second part of the work is focused on the development of a general formulation for diffuse interface models under the phase-field approach, which can be used to simulate the kinetics of various thermochemical processes under non-isothermal conditions such as solidification and phase segregation. The questions related to the thermodynamic consistency of the model as well as its parameterization (in particular with respect to the up-scaling of the interface thickness) have been addressed and the numerical results have been discussed for binary U-Zr and U-O systems under isothermal conditions
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Paez, Espejo Miguel angel. "Modélisation et simulation du comportement spatiotemporel des transitions de phase dans les monocristaux moléculaires à transition de spin." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLV034/document.
Full textAbstract:
Ce travail est dédié à la modélisation multi-échelle des phénomènes liés à la transition de spin dans des composés du Fe(II). Le développement d'un modèle macroscopique type réaction-diffusion pour la transition de phase à partir de l'Hamiltonien d'Ising a permis l'étude théorique des aspects spatio-temporels de la fraction haut-spin lors de la transition de phase du premier ordre dans des monocristaux commutables. La comparaison à l'expérience a conduit à de très bons accords pour le comportement du front de transition, ce qui a permis de mieux comprendre les mesures de microscopie optique. Ce travail a été étendu à l'étude des effets photo-thermiques qui causent l'échauffement du cristal par la lumière du microscope conduisant à un système d'équations différentielles couplées tenant compte du couplage thermique avec le bain.Ces équations prédisent des comportements non-linéaires du cristal dans son domaine bistable, tels que l’existence d’effets autocatalytiques, dont les conditions d'émergence ont été précisées. La dernière partie de la thèse est consacrée à une extension du modèle électro-élastique. Ici on démontre que la frustration élastique est à l'origine de la transition de spin en deux étapes et des transitions incomplètes. Ceci nous a amené aussi à prédire l'organisation de structures complexes de la fraction haut-spin dans les phases intermédiaires. Plusieurs types d'auto-organisation ont été révélés dont des structures modulées de la fraction haut-spin. Ce type de comportements a été observé expérimentalement très récemment dans les composés à transition de spinThis work is devoted to the multiscale modeling of the spin transition phenomena in Fe(II) spin crossover compounds. The development of a macroscopic reaction-diffusion-like model for the phase transition from the Ising-like Hamiltonian allowed the theoretical study of the spatio-temporal behavior of the high-spin fraction accompanying the first-order phase transition in switchable spin crossover single crystals. The comparison to experiments led to an excellent agreement for the dynamics of the high-spin/low-spin interface which improved the understanding of the optical microscopy measurements. Next, this work was extended to the study of photothermic effects due to the crystal heating by the light of the microscope leading to a coupled system of differential equations accounting for the thermal coupling with the bath temperature. These equations predict nonlinear behaviors for crystals in the bistable region, such as the autocatalytic effects, for which we established the conditions of their emergence. The last part of this thesis is devoted to an extension of the electro-elastic model. Here we prove that the elastic frustration is at the origin of the existence of two-step and of incomplete spin crossover transitions. Furthermore, this model allowed us to predict structures of complex patterns in high-spin fractions for intermediate phases. Several types of self-organisation were revealed such as the spatially-modulated structures of the high-spin fractions. Some of these behaviors have been experimentally observed, very recently, in spin crossover compounds
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Michelet, Jordan. "Extraction du fouillis de mer dans des images radar marin cohérent : modèles de champ de phases, méthodes de Boltzmann sur réseau, apprentissage." Electronic Thesis or Diss., La Rochelle, 2022. http://www.theses.fr/2022LAROS048.
Full textAbstract:
Nous nous intéressons au problème d’extraction du fouillis de mer dans des images radar marin. Le parti pris est de développer des méthodes de traitement d’image permettant de s’affranchir au mieux d’hypothèses sur la nature du fouillis de mer et du signal d’intérêt. D’une part, nous proposons un algorithme basé sur une approche variationnelle originale : un modèle multiphasique à interface diffuse. Les résultats obtenus montrent que l’algorithme est efficace lorsque le signal d’intérêt a un rapport signal-sur-fouillis suffisamment grand. D’autre part, nous nous intéressons à l’implémentation de schémas de Boltzmann sur réseau pour des problèmes de convection-diffusion à vitesse d’advection non constante et un terme source non nul. Nous décrivons le calcul de la consistance obtenue par analyse asymptotique à l’échelle acoustique et avec un opérateur de collision à temps de relaxation multiples, et étudions la stabilité de ces schémas dans un cas particulier. Les résultats obtenus montrent que les schémas proposés permettent de supprimer le bruit résiduel et de renforcer le signal d’intérêt sur l’image obtenue grâce à la première méthode. Enfin, nous proposons une méthode d’apprentissage permettant de s’affranchir d’hypothèses sur la nature du signal d’intérêt. En effet, en complément de l’algorithme par approche variationnelle, nous proposons un algorithme basé sur le traitement pulse-Doppler lorsque le signal d’intérêt est exo-clutter et a un rapport signal-sur-fouillis faible. Les résultats obtenus à partir du double auto-encodeur que nous proposons, étant comparables aux résultats fournis par chacune des deux méthodes, permettent de valider cette approcheWe focus on the problem of sea clutter extraction in marine radar images. The aim is to develop image processing methods allowing us to avoid assumptions about the nature of the sea clutter and the signal of interest. On the one hand, we propose an original algorithm based on a variational approach : a multiphase model with diffuse interface. The results obtained show that the algorithm is efficient when the signal of interest has a sufficiently large signal-to-clutter ratio. On the other hand, we focus on the implementation of lattice Boltzmann schemes for convection-diffusion problems with non-constant advection velocity and non-zero source term. We describe the computation of the consistency obtained by asymptotic analysis at the acoustic scale and with a multiple relaxation time collision operator, and study the stability of these schemes in a particular case. The obtained results show that the proposed schemes allow removing the residual noise and to enhance the signal of interest on the image obtained with the first method. Finally, we propose a learning method allowing us to avoid assumptions on the nature of the signal of interest. Indeed, in addition to the variational approach, we propose an algorithm based on pulse-Doppler processing when the signal of interest is exo-clutter and has a low signal-to-clutter ratio. The results obtained from the proposed double auto-encoder, being comparable to the results provided by each of the two methods, allow validating this approach
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Riad, Soukaina. "Vers une modélisation de la corrosion sous contrainte assistée par l'irradiation du superalliage 718." Electronic Thesis or Diss., Ecole centrale de Nantes, 2022. http://www.theses.fr/2022ECDN0039.
Full textAbstract:
Le superalliage base nickel 718 est réputé pour présenter une excellente tenue à la corrosion, une très forte résistancemécanique et une bonne tenue sous irradiation. De ce fait, il s’agit d’un matériau de choix au sein d’un réacteur électronucléaire pour les pièces soumises à des sollicitations extrêmes (ressorts, systèmes de maintien. . . ).Pourtant des ruptures en service ont été observées de ce matériau sous le phénomène de corrosion sous contraintes assistée par l’irradiation. La présente thèse vise à apporter de nouveaux éléments de compréhension de ce phénomène complexe sous l’angle de la modélisation numérique. Le processus de fissuration par corrosion sous contrainte est modélisé par la méthode des champs de phase. Une implémentation unifiée, apte à traiter lesfissurations intra et intergranulaires, est proposée et permet de coupler efficacement différentes échelles de travail (du milieu continu au polycristal) et différents physiques (mécanique des milieux continus et généralisés et oxydation interne). Cette modélisation permet de proposer des simulations des étapes complexes de la corrosion sous contrainte, à savoirl’amorçage, la coalescence et la propagationInconel 718 alloy is renowned for having excellent corrosion resistance, very high mechanical strength and good resistance to irradiation. Thus, it is a material of choice within a nuclear power reactor for parts subjected to extreme stresses (springs, retaining systems,...). However, failures in service have been observed in this material under irradiationassisted stress corrosion cracking phenomenon. This thesis aims to bring new elements of understanding of this complex phenomenon from the point of view of numerical modeling. The stress corrosion cracking process is modeled by the phase field fracture method. A unified implementation, able to deal with inter and intergranular fracture, is proposedand allows to couple efficiently different scales of work (from continuous medium to polycrystal) and different physics (mechanics of continuous and generalized media and internal oxidation). This modeling allows to propose simulations of the complex stages of stress corrosion cracking, namely initiation, coalescence and propagation
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Fine, Georges. "Méthode de correction de sonde en mesures de champs proches." Paris 11, 1989. http://www.theses.fr/1989PA112172.
Full textAbstract:
La caractérisation du diagramme de rayonnement de grandes antennes nécessite l'utilisation de techniques particulières. L'une d'entre elles consiste à mesurer le champ proche rayonné par l'antenne sur une surface qui l'entoure, puis à calculer son diagramme. Cette thèse traite des aspects théoriques et pratiques de la mesure en champ proche. Ce travail est en partie consacré au développement d'une théorie originale, fondée sur l'emploi de la théorie des distributions, pour résoudre le problème de la transformation champ proche/champ lointain avec correction de sonde. Elle s'applique dans tout système de coordonnées, si bien qu'on peut la considérer comme une unification des théories antérieures. De plus, la méthode est suffisamment générale pour envisager le cas de mesures faites à l'aide d'une sonde unique comme à l'aide de réseaux de sondes. L'utilisation de réseaux de sondes pose des problèmes spécifiques de dynamique, de couplage et de dispersion des réponses des sondes. Si la théorie établit qu'un certain nombre de ces imperfections peuvent être corrigées, des simulations numériques montrent que dans la pratique il n'est pas toujours nécessaire d'en tenir compte. Enfin, un programme de transformation champ proche/champ lointain en coordonnées cylindriques incluant les corrections de sonde et de rotation continue a été écrit puis validé par des simulations numériques et l'étude de cas réels de mesure d'antennes.
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Falgayrettes, Pascal. "Elaboration d'une méthode de mesure de champs de concentrations instantanés." Aix-Marseille 2, 1996. http://www.theses.fr/1996AIX22044.
Full textAbstract:
Les methodes de mesure de champs de concentration actuellement disponibles sont limitees. Aussi leur emploi est insatisfaisant, voire impossible, dans des domaines particuliers comme la mesure de taux de pollution ou l'etude d'accidents graves dans le domaine nucleaire. Pour repondre a ce besoin, ce travail presente une nouvelle methode de mesure de cette grandeur physique. La methode utilise un couplage entre un radar optique (lidar) et la fluorescence induite par laser (lif). Un tel procede offre l'avantage de permettre de choisir le compose dont la concentration est recherchee et par ailleurs de permettre des mesures sur site ou en laboratoire. Ce travail presente un moyen original (traitement optique) qui permet de lever l'impossibilite pour un lidar classique: d'obtenir une bonne resolution spatiale de mesure. Ainsi, nous avons montre qu'il etait possible d'obtenir une resolution millimetrique sur un metre d'analyse. De realiser une mesure instantanee sur l'ensemble des points de la profondeur d'analyse. Le traitement optique utilise est d'ailleur applicable a l'etude de n'importe quel phenomene optique rapide. Enfin, cette methode laisse presager de la possibilite de mesurer les diametres d'aerosols lors de mesures en milieu diphasique
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Picard, Dominique. "Mesure rapide de champs proches par la méthode de diffusion modulée." Paris 11, 1987. http://www.theses.fr/1987PA112220.
Full textAbstract:
Les techniques de champs proches sont maintenant d'un usage courant pour le test de grandes antennes destinées aux télécommunications et au radar. Leur inconvénient majeur réside dans la durée des mesures qui peut atteindre couramment plusieurs heures, voire plusieurs jours. La thèse porte sur la conception et la mise en œuvre de réseaux de sondes modulées évitant le déplacement mécanique de la sonde de mesure dont la lenteur est responsable des durées indiquées. Dans des configurations typiques le gain sur la durée peut varier d'un facteur 20 à1 000. L'utilisation de ces réseaux pose cependant des difficultés spécifiques. Les principales causes d'erreurs résultent du couplage et de la disparité entre les différentes sondes d'un même réseau ainsi que des interactions réseau/antenne testée. Ces différentes causes d'erreurs s'ajoutant à celles plus classiques liées à la chaine de réception. L'influence de ces erreurs a été analysée par voie numérique et expérimentale, tant au niveau du champ proche qu'à celui du champ lointain. Un montage expérimental à 6 GHz a été réalisé et testé en chambre anéchoide avec des antennes étalon de type cornet ou réflecteur. Des cadences de mesure de l'ordre de 2000 points par seconde permettent des relevés de champs proches en moins d'une minute. Une étude prospective est plus particulièrement orientée vers l'optimisation du compromis rapidité/précision dans le cas des antennes de télécommunications spatiales de la prochaine décade. Néanmoins d'autres applications plus immédiates relevant du test rapide d'antennes sont également envisagées.
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Arvanitis, Christos. "Méthodes variationnelles-perturbatives en théorie quantique des champs." Aix-Marseille 2, 1993. http://www.theses.fr/1993AIX22059.
Full textAbstract:
Les methodes variationnelles se sont revelees etre de puissants outils pour evaluer des quantites physiques dans des systemes de mecanique quantique ayant un nombre fini des degres de liberte, dans les cas ou la theorie des perturbations est inapplicable. Les applications de ces methodes, notamment en physique atomique, nucleaire et du solide, ont donne d'excellents resultats. Par consequent, il est tentant d'essayer de les adapter dans le cadre de la theorie quantique des champs. La premiere partie de ce travail consiste a introduire une nouvelle approche variationnelle-perturbative applique a un systeme de mecanique quantique bien connu: l'oscillateur anharmonique. De maniere tout a fait remarquable, cette methode a fourni une amelioration de sept ordres de grandeur a la precision caracteristique des resultats de hartree-fock. D'un autre cote, cette nouvelle methode semble etre bien adaptee pour des calculs de theorie quantique de champs. On espere qu'en combinant les estimations variationnelles avec le developpement perturbatif et la theorie de renormalisation, on pourra obtenir des reponses variationnelles finies. La deuxieme partie de ce travail est consacree a cet objectif. On a donc applique cette strategie a un modele non trivial et renormalisable a deux dimensions a savoir le modele de gross-neveu. On a trouve donc que les reponses variationnelles de diverses quantites physiques ne presentent pas des divergences. De plus, ces resultats sont assez raisonnables, si on les compare avec les resultats exacts de la litterature, et peuvent s'ameliorer de facon systematique
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Geslin, Pierre-Antoine. "Contribution à la modélisation champs de phase des dislocations." Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066608.
Full textAbstract:
Le comportement plastique des alliages métalliques est très souvent influencé par les interactions entre les précipités d'une seconde phase et les dislocations, dont la dynamique peut être étudiée par des méthodes de type champ de phase. En effet, ces méthodes présentent comme principal avantage leur caractère variationnel qui rend naturel le couplage avec la dynamique d'autres défauts (solutés, lacunes, précipités de seconde phase. . . ). Ces travaux de thèse s'inscrivent dans ce contexte en proposant de nouveaux modèles champ de phase permettant d'étudier le comportement des dislocations, leurs interactions avec des précipités de seconde phase ainsi que les mécanismes de montée par absorption/émission de lacunes. Nous proposons tout d'abord un modèle d'élasticité non-linéaire, tenant compte du glissement des dislocations ainsi que de leur nucléation et du glissement dévié. L'utilisation de ce modèle permet de confirmer les mécanismes de perte de cohérence des précipités par la nucléation de boucles prismatiques envisagés dans des études antérieures. Nous proposons ensuite un couplage de cette approche avec un modèle tenant compte de l'évolution microstructurale de précipités AlS_3SSc dans une matrice d'aluminium. Nous montrons notamment que les dislocations peuvent modifier significativement la morphologie de l'interface des précipités, ce qui peut affecter la réponse mécanique du matériau. Enfin, nous développons un modèle champ de phase pour la montée des dislocations tenant compte de la diffusion des lacunes. Nous nous attachons en particulier à étudier le caractère limitant du mécanisme d'absorption/émission de lacunes au niveau du cœur des dislocationsThe plastic behavior of metallic alloys is often influenced by the interactions between second phase precipitates and dislocations. The dynamics of these linear defects can be investigated by phase-field methods whose main advantage is their variational nature, which enables a natural coupling with the dynamics of other defects (solute atoms, vacancies, second phase precipitates. . . ). The purpose of this thesis is to develop phase field models able to study dislocations behavior, their interactions with second phase precipitates and climb mechanisms by vacancy absorption/emission. We first propose an elastically non-linear phase-field model that naturally accounts for dislocations glide, nucleation and cross-slip. Using this model, we confirm that coherency loss of precipitates can occur by prismatic punching mechanisms, as proposed in previous studies. Then, we propose a coupling between this approach and a phase field model for microstructural evolutions and apply it to the analysis of AlS_3SSc precipitates in an aluminum matrix. We show that dislocations can modify significantly the precipitate interface morphology, which in turn can influence the mechanical response of the alloy. Finally, we propose a phase-field model for dislocation climb by vacancy diffusion and absorption/emission. We specially investigate the limiting character of the absorption/emission mechanisms at the dislocation core
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Li, Xi. "Solidification en présence de champs magnétiques intenses." Grenoble INPG, 2007. http://www.theses.fr/2007INPG0079.
Full textAbstract:
On étudie les effets d'un champ magnétique statique sur les strructures de solididificaiton, morphologie des dendrites, former de interfaces pour des alliages métalliques d'aluminium et bismuth manganése, dans les cas hypo- et hyper eutectiques. Les résultats indiquent que le champ rend l'interface instable et regulièue transformation plane-cellulaire et cellulaire-dendritique. Le champ a une grande influence sur la morphologie cellulaire et sur les dendrites. En effet, le champ containe une importante deformation des cellules et des dendrites. Nous avons réalisé des études sur des croissances de l'alliage eutectique lamellaire eutectique (AI2Cu-AI et Pb-Sn) et de tige (Bi-MnBi) sous une exposition d'un champ magnétique. Nous avons monté qu'un champ magnétique intense pourrait dégenerer la structure lamellaire à basse vitesse de croissance et modifier l'orientaticlle préféreactiele. Cependant, le champ a augmenté la croissance de la fibre de MnBi le long de la direction de solidification ainsi que l'espacement de fibreAI-Cu, AI-Ni, Bi-Mn hypo- and hypereutectic alloys are used to study effects of the magnetic field on the dendrites and cellular array, interface transformation and shape. Results indicate that the field causes the interface to be destabilized and irregular and promotes the planar-cellular and the cellular-dendritic transformation. The field has a great influence on the cellular and dendrite array morphology. Indeed, the field causes severe distortion in the cellular and dendritic array Investigations on growths of the lamellar eutectic (AI2Cu-AI and Pb-Sn) and rod eutectic (Bi-MnBi) alloy un der a high magnetic field show that a high magnetic field has degenerated the lamellar structure into a wavy one at a low growth speed and changed the preferred orientation relationship. However, the field has enhanced the growth of the MnBi fiber along the solidification direction and increased the fiber spacing
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Wu, Yi. "Topology optimization in structural dynamics : vibrations, fracture resistance and uncertainties." Thesis, Paris Est, 2022. http://www.theses.fr/2022PESC2007.
Full textAbstract:
L'objectif de cette thèse est de développer des méthodes d'optimisation topologiques basées sur la densité pour plusieurs problèmes difficiles de structure en dynamique. Premièrement, nous proposons une stratégie de normalisation en élasto-dynamique en vue d'obtenir une distribution optimale de matériau dans la structure qui réduit la réponse aux excitations dynamiques en fréquence et améliore la stabilité numérique dans la méthode BESO (bi-directional evolutionary structural optimisation). Ensuite, pour décrire les incertitudes de paramètres pouvant intervenir dans des problèmes réalistes en ingénierie, un modèle d'incertitudes à intervalle hybride est développé pour prendre en compte les incertitudes dans le problème d'optimisation en dynamique. Une méthode de perturbation est développée pour une optimisation topologique robuste vis-à-vis des incertitudes et permettant des gains de temps de calculs importants. De plus, nous introduisons un modèle d'incertitude de champ d'intervalle dans ce cadre. L'approche est appliquée à l'optimisation topologique des structures mono-matériaux, composites et multi-échelles. Enfin, nous développons un cadre d'optimisation topologique pour la résistance des structures à la fissuration quasi-fragile dans un cadre dynamique, par combinaison avec la méthode de champs de phase. Ce cadre est étendu à la conception de structures résistantes à des impacts. Contrairement aux approches basées sur les contraintes, la totalité de la propagation des fissures est prise en compte dans le processus d'optimisationThe objective of this thesis is to develop density based-topology optimization methods for several challenging dynamic structural problems. First, we propose a normalization strategy for elastodynamics to obtain optimized material distributions of the structures that reduces frequency response and improves the numerical stabilities of the bi-directional evolutionary structural optimization (BESO). Then, to take into account uncertainties in practical engineering problems, a hybrid interval uncertainty model is employed to efficiently model uncertainties in dynamic structural optimization. A perturbation method is developed to implement an uncertainty-insensitive robust dynamic topology optimization in a form that greatly reduces the computational costs. In addition, we introduce a model of interval field uncertainty into dynamic topology optimization. The approach is applied to single material, composites and multi-scale structures topology optimization. Finally, we develop a topology optimization for dynamic brittle fracture structural resistance, by combining topology optimization with dynamic phase field fracture simulations. This framework is extended to design impact-resistant structures. In contrast to stress-based approaches, the whole crack propagation is taken into account into the optimization process
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Notta, Delphine. "Méthode des Champs Virtuels pour la caractérisation de comportements viscoplastiques et d'endommagement, à partir de mesures de champs mécaniques hétérogènes." Phd thesis, Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambresis, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00649476.
Full textAbstract:
Le comportement de matériaux subissant des chargements dynamiques à hautes énergies (impacts, explosions \dots) est généralement sensible à la vitesse de déformation (viscoplastique) et/ou à l'endommagement. Les procédures classiques de caractérisation des modèles de comportement associés utilisent des essais statiquement déterminés nécessitant le respect d'hypothèses limitatrices. Ainsi, le traitement de champs mécaniques hétérogènes est impossible, ce qui limite l'exploitation des essais à de faibles gammes de déformations et oblige à réaliser plusieurs tests à vitesse de déformation constante pour la caractérisation de la viscoplasticité. Enfin, ces restrictions empêchent de profiter pleinement de la quantité importante d'information accessible par mesures de champs. Une solution est alors de recourir à des essais statiquement indéterminés, permettant d'exploiter des champs hétérogènes. Parmi les outils disponibles, la Méthode des Champs Virtuels (MCV) présente des avantages certains par rapport aux méthodes classiques de recalage par éléments finis. L'accent est mis dans ces travaux sur le développement de la MCV pour la caractérisation du modèle viscoplastique de Johnson-Cook. Un des grands atouts de la MCV est qu'elle permet de caractériser la partie viscoplastique du modèle à partir d'un unique essai en conditions de chargement dynamiques, grâce à son exploitation statiquement indéterminée de champs de déformations et de vitesses de déformations hétérogènes. Une perspective à court terme, dont la faisabilité est vérifiée sur des tests numériques, est l'identification simultanée par la MCV de paramètres de modèles élastoplastiques endommageables (Lemaitre).
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Notta-Cuvier, Delphine. "Méthode des Champs Virtuels pour la caractérisation de comportements viscoplastiques et d'endommagement, à partir de mesures de champs mécaniques hétérogènes." Valenciennes, 2011. http://ged.univ-valenciennes.fr/nuxeo/site/esupversions/845b29c3-db42-4fa3-ad43-c6d172e0eda1.
Full textAbstract:
Le comportement de matériaux subissant des chargements dynamiques à hautes énergies (impacts, explosions…) est généralement sensible à la vitesse de déformation (viscoplastique) et/ou à l'endommagement. Les procédures classiques de caractérisation des modèles de comportement associés utilisent des essais statiquement déterminés nécessitant le respect d'hypothèses limitatrices. Ainsi, le traitement de champs mécaniques hétérogènes est impossible, ce qui limite l'exploitation des essais à de faibles gammes de déformations et oblige à réaliser plusieurs tests à vitesse de déformation constante pour la caractérisation de la viscoplasticité. Enfin, ces restrictions empêchent de profiter pleinement de la quantité importante d'information accessible par mesures de champs. Une solution est alors de recourir à des essais statiquement indéterminés, permettant d'exploiter des champs hétérogènes. Parmi les outils disponibles, la Méthode des Champs Virtuels (MCV) présente des avantages certains par rapport aux méthodes classiques de recalage par éléments finis. L'accent est mis dans ces travaux sur le développement de la MCV pour la caractérisation du modèle viscoplastique de Johnson-Cook. Un des grands atouts de la MCV est qu'elle permet de caractériser la partie viscoplastique du modèle à partir d'un unique essai en conditions de chargement dynamiques, grâce à son exploitation statiquement indéterminée de champs de déformations et de vitesses de déformations hétérogènes. Une perspective à court terme, dont la faisabilité est vérifiée sur des tests numériques, est l'identification simultanée par la MCV de paramètres de modèles élastoplastiques endommageables (Lemaitre)The behaviour of materials subjected to high-energy dynamic loadings (impacts, blasts…) is usually sensitive to strain-rate (viscoplastic) and/or damage. Conventional procedures for the characterization of corresponding models of behaviour use statically determined tests requiring restrictive hypotheses. So, it is impossible to deal with heterogeneous mechanical fields and the exploitation of tests is limited to small levels of strain. Moreover, several tests have to be performed, at constant strain rate, to characterize viscoplasticity. However, these limitations do not allow to take advantage of the large amount of information available thanks to full-field measurements. One solution is to use statically undetermined tests to deal with heterogeneous fields. Among available tools, the Virtual Fields Method (VFM) has undeniable advantages compared to classic FEMU methods. This study focuses on the development of the VFM for the characterization of Johnson-Cook's viscoplastic model of behaviour. An asset of the VFM is that it makes possible the characterization of the viscoplastic part of the model with only one testing, under dynamic conditions, thanks to a statically undetermined exploitation of heterogeneous strain and strain-rate fields. A short-term prospect is to use the VFM to identify parameters of elastoplastic models of behaviour coupled with damage (e. G. Lemaitre). The feasibility was demonstrated for numerical data
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Syed, Muhammad Kashif. "Sur quelques aspects numériques de la Méthode des Champs Virtuels : optimisation de conditions d'essai et champs virtuels définis par sous-domaines." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00158434.
Full textAbstract:
Ce travail avant tout numérique concerne l'identification directe des rigidités d'une plaque mince anisotrope avec la méthode dite des champs virtuels. Cette méthode est basée sur l'utilisation du principe de travail virtuel avec des champs virtuels particuliers. L'intérêt est d'identifier plusieurs paramètres inconnus à partir d'un seul essai générant des champs de contraintes hétérogènes et pour lequel aucun lien direct n'existe entre données du problème et déformations ou déplacements en des points donnés.Deux aspects originaux sont développés dans ce travail. Le premier concerne des champs virtuels définis par sous-domaines. Le deuxième concerne l'optimisation des conditions d'essai vis-à-vis du bruit de mesure. La caractérisation d'une plaque endommagée est également examinée. Enfin, quelques essais ont permis de confirmer certains résultats trouvés dans la première partie du travail.
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Promma, Nattawit. "Méthode des champs virtuels en grandes déformations : application à la caractérisation d'un matériau élastomère à partir de mesures de champs cinématiques." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00725718.
Full textAbstract:
Ce travail est consacré à l'identification de paramètres constitutifs de matériaux élastomères avec la Méthode des Champs Virtuels. Cette méthode est adaptée à l'identification de paramètres constitutifs à partir de mesures de champs, mais elle n'avait été utilisée jusqu'à présent que dans le cas de petites déformations. La principale originalité de ce travail est de l'étendre au cas de l'hyperélasticité, dans le cadre des grandes déformations. La méthode d'identification est présentée après quelques rappels sur l'hyperélasticité et les grandes déformations. Des simulations numériques permettent d'illustrer la faisabilité de la procédure avec une attention particulière sur l'influence de données bruitées sur les paramètres identifiés. Des essais sont ensuite réalisés pour deux cas de chargement différents. Les champs de déplacements sont mesurés par corrélation d'images numériques. Les résultats trouvés en termes de paramètres constitutifs sont en bon accord avec les valeurs classiques obtenues généralement pour les matériaux testés.