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OSUG - Terre Univers Environnement OSUG

Recristallisation dynamique dans les matériaux anisotropes ; caractérisation et modélisation dans la glace polycristalline

par BRONDEX Julien - 24 mars 2015 - ( maj : 27 mars 2015 )

Thomas CHAUVE

Date de début et de fin : octobre 2013 - janvier 2017

Financement : bourse AGIR

Directrice : Maurine Montagnat (LGGE)

Résumé :

L’écoulement de la glace dans les conditions rencontrées dans les calottes polaires est le mécanisme clé pour modéliser leur réponse aux variations du climat à venir, ou pour sonder les données climatiques passées, issues des forages profonds. En effet, la glace est un matériau particulier dont la forte anisotropie viscoplastique induit des hétérogénéités importantes dans la réponse à une sollicitation, et en particulier dans les conditions complexes rencontrées dans les zones de forages profonds, ou sur les bords des calottes où se situent les glaciers émissaires (qui se jettent dans la mer). L’un des mécanismes responsables de ces hétérogénéités, et/ou de leur amplification, est la recristallisation dynamique qui produit une re-structuration du matériau en cours de déformation, via une réorganisation des orientations cristallines, et une modification de la taille des grains. On retrouve ce mécanisme dans les métaux, et il a un impact prépondérant lors de la mise en forme à chaud, ou lors de l’utilisation dans certaines conditions (recristallisation dans le zirconium des gaines des combustibles nucléaires par exemple...). La recristallisation dynamique a aussi un rôle clé dans l’anisotropie des minéraux du manteau terrestre (Olivine par exemple), et donc pour l’anisotropie sismique qui en résulte. Cependant, les difficultés liées à l’observation des mécanismes associés à la recristallisation font de ce domaine de la science des matériaux un sujet à la fois largement étudié, mais pour lequel il existe des verrous importants à lever. Nous proposons donc une étude de la germination et de la migration des joints de grains associées à la recristallisation dynamique, en lien avec les hétérogénéités de déformation et les champs de contraintes internes issus de la déformation à chaud dans les polycristaux. La glace apparaît alors comme un matériau « modèle » permettant de lever certains verrous dans des conditions plus accessibles que pour de nombreux métaux et matériaux géologiques. Ce projet se situe au coeur d’une collaboration entre le Laboratoire de Glaciologie et de Géophysique de l’Environnement de Grenoble (LGGE), le laboratoire Géosciences Montpellier, le Centre de Mise En Forme des Matériaux (CEMEF) de Sophia-Antipolis, et le Laboratoire d’Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux de Metz (LEM3), au sein du Groupement national de Recherche « Recristallisation ». Ce GDR est animé par R. Logé (CEMEF), A. Tommasi (Géosciences Montpellier), et M. Montagnat (LGGE). Cette collaboration, initiée dans le cadre de ce GDR, a mené au dépôt d’un projet ANR (DREAM) au centre duquel se situe ce sujet de thèse. Ce projet fait suite à l’achat d’une cryo-cellule permettant l’analyse d’échantillons de glace par EBSD sur le microscope électronique à balayage de Géosciences Montpellier. Ce microscope, Crystal Probe, a la particularité de disposer d’une colonne inclinée, ce qui permet de maintenir les échantillons à l’horizontal et donc d’envisager des études « in-situ ». Le but de cette thèse est de développer un protocole expérimental au LGGE qui permettra de suivre les différentes étapes de la recristallisation ainsi que la mesure des champs de déformation hétérogènes associées (par corrélation d’images numériques). L’analyse des microstructures se fera à Géoscience Montpellier sur le Crystal Probe, via des mesures EBSD. Une cellule de compression adaptée à la glace devra être développée, afin de pouvoir effectuer des essais « in-situ » permettant de suivre la formation des désorientations de réseau au cours de la recristallisation dynamique. Ces données seront ensuite utilisées pour participer au développement d’un code aux éléments finis, qui utilise l’approche novatrice des champs de dislocations (FDM) et l’approche Level-set, pour représenter les mécanismes de la recristallisation dynamique. Ce développement se fera via une collaboration entre le CEMEF et le LEM3.

Mots-clef : Recristallisation dynamique, champ de déformation, matériau glace // Dynamic recrystallization, strain field, ice

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