En mécanique des milieux continus, on désigne par loi de comportement toute relation entre contraintes et déformations. En d’autres termes, il s’agit d’une loi macroscopique permettant de prédire comment un volume de matière se déformera connaissant les sollicitations qu’il subit. Ces lois comportent en général un grand nombre de paramètres. Cela amène à distinguer deux grandes familles de loi de comportement : les lois phénomènologiques pour lesquelles ces paramètres ont peu de sens physique et sont ajustés sur des données expérimentales, et les lois à base physique dont les formulations sont en général plus complexes mais dans lequelles les paramètres revêtent un sens physique. C’est cette deuxième voie qui est explorée au sein du laboratoire.

La spécificité du laboratoire est de s’appuyer sur une stratégie multi-échelle pour s’affranchir des paramétrisations phénomènologiques : les informations requises à une échelle sont obtenues à une échelle plus fine, et ainsi de suite. Le passage d’échelle est assuré par un modèle à grande échelle qui intègre des variables internes représentatives de la petite échelle. La plasticité cristalline est un exemple d’un tel modèle et mobilise plusieurs chercheurs et chercheuses du laboratoire. La déformation irréversible des métaux y est décrite au travers du comportement de défauts linéiques appelés dislocations. Il est donc nécessaire de savoir comment les dislocations évoluent dans la matière et comment elles interagissent entre elles. Des lois de vitesse pour les dislocations sont calculées en Dynamique Moléculaire tandis que la Dynamique des Dislocations permet d’obtenir des coefficients représentatifs des intéractions entre dislocations [1].

L’une des préoccupations au coeur de ces développements est de disposer d’une loi valide sur une large gamme de taux de déformation. Le LMCE est par exemple à l’origine d’un modèle basé sur des densités de dislocations mobile et immobile ayant montré une bonne reproduction des résultats expérimentaux sur le tantale pour des vitesses de chargement aussi bien modérés qu’élevés [2]. Pour étendre encore les possibilités d’utilisation des modèles, des études sont conduites sur le comportement spécifique des dislocations à très forts taux de chargement. Dans ce domaine de l’élastodynamique, les dislocations interagissent fortement avec les fronts de contrainte se propageant dans le matériau [3].

Dans certains cas, les mécanismes qui pilotent la déformation du matériau sont mal connus, ce qui empêche l’écriture de lois de comportement à base physique. Pour dépasser cette limitation, les calculs de Dynamique Moléculaire permettent d’estimer le coût énergétique de déformations de la matière selon différentes directions, et de trouver celles qui pourraient être le plus favorables. Cette démarche a notamment été appliquée à un matériau énergétique, le TATB, et a permis d’expliquer son comportement au travers de nouveaux mécanismes de déformation [4].

Publications

1. R. Madec, L. Kubin, Dislocation strengthening in FCC metals and in BCC metals at high temperatures, Acta Mat. 126, 166-173 (2017) [DOI] (https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.12.040)
2. C. Denoual, Y.-P. Pellegrini, P. Lafourcade, R. Madec, Dislocation storage-release-recovery model for metals under strain rates from 10^(-3) to 10^7 s-1, and application to tantalum, JAP 135, 045101 (2024) [DOI] (https://doi.org/10.1063/5.0174146)
3. Y.-P. Pellegrini, M. Josien, Shock-driven nucleation and self-organization of dislocations in the dynamical Peierls model, PRB 108, 054309 (2023) [DOI] (https://doi.org/10.1103/PhysRevB.108.054309)
4. P. Lafourcade, C. Denoual, J.-B. Maillet, Irreversible Deformation Mechanisms for 1,3,5-Triamino-2,4,6-Trinitrobenzene Single Crystal through Molecular Dynamics Simulations, JPC C 122, 14954-14964 (2018) [DOI] (https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b02983)

Chercheurs impliqués

P. Bouteiller, N. Bruzy, C. Denoual, J.-L. Dequiedt, A. Dubois, P. Lafourcade, R. Madec, J.-B. Maillet, Y.-P. Pellegrini