Le comportement et en particulier l'ignition des matériaux énergétiques ou explosifs fait intervenir de très nombreux mécanismes physico-chimiques au travers d'échelles temporelles et spatiales très diverses, s'étalant sur plusieurs ordres de grandeur. Par exemple, les réactions chimiques sont bien décrites à l'échelle électronique alors que la courbure d'une onde de détonation n'est accessible qu'à une échelle macroscopique. Ainsi, autant la compréhension des mécanismes élémentaires microscopiques reste accessible par des simulations atomistiques, autant la description de leurs effets à une échelle mésoscopique et macroscopique représente un enjeu de taille.

Le premier objectif de ce travail est d'établir un modèle de décomposition chimique mésoscopique pour le TATB à partir de simulations de dynamique moléculaire classique utilisant le potentiel ReaxFF et des méthodes non supervisées de réduction de dimensionalité. Une étude plus poussée, en particulier en utilisant les potentiels récemment proposés à base de réseaux de neurones reste nécessaire pour améliorer la précision de ce modèle. Un autre point important, spécifique au TATB et non abordé jusqu'ici, est la prise en compte d'une composante de réactivité chimique sur des temps longs. Jusqu'à présent la signature de cette chimie lente aux temps courts (en dynamique moléculaire) n'est pas significative ; cependant elle devient importante sur des échelles de temps et d'espace associées à la décomposition du TATB. Un modèle spécifique reste à définir.

L'ignition d'un explosif solide est supposée résulter de l'interaction d'une onde de choc avec les défauts présents dans le matériau, conduisant à une élévation locale de la température - d'où le terme de point chaud - où les processus thermiquement activés comme les réactions chimiques débuteront préférentiellement. Afin de modéliser précisément la croissance des points chauds dans le TATB, le modèle réactif devra être couplé au sein du code de simulation mésoscopique à un terme diffusif. Cette modélisation sera validée par des comparaisons directes avec des simulations de DM (Dynamique Moléculaire).

Par ailleurs, les mécanismes de déformation du TATB et leurs effets sur les propriétés thermodynamiques ont été étudiés par P. Lafourcade au cours de sa thèse. Un modèle mésoscopique d'élasticité non linéaire couplé à des mécanismes de flambage et maclage a été développé pour modéliser le TATB.

L'objectif final est de réunir les différents ingrédients (élasticité, plasticité, diffusion, réactivité chimique) dans le but d'étudier le mécanisme de transition choc-détonation à l'échelle macroscopique, avec une description explicite des microstructures. Les résultats des simulations pourront être comparés à un modèle homogène de type JMAK.

Développement informatique en python, C/C++ ou équivalent, goût pour les sciences des matériaux et pour la physique et mécanique multi-échelles
Dynamique moléculaire, machine learning, modélisation multi-échelles
Bac+5