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Moteur de recherche d'offres d'emploi CEA

Modélisation multi-échelle du couplage chimie-comportement élasto-plastique du TATB


Détail de l'offre

Informations générales

Entité de rattachement

Situé à 40 km au sud de Paris, le centre DAM-Île de France, a en charge la conception des armes nucléaires françaises, la recherche et développement dans le domaine de la lutte contre la prolifération et le terrorisme, l'alerte aux autorités en cas de séisme, de tsunami ou d'essai nucléaire étranger, la construction et le démantèlement de grandes infrastructures nucléaires. Leader français de la simulation numérique et du calcul intensif, il possède deux des machines européennes les plus puissantes. Il dispose également de plusieurs accélérateurs et de nombreux moyens techniques et expérimentaux pour mener ses recherches. Lui est également rattaché, l'Unité Propulsion Nucléaire située sur le centre CEA/Cadarache en région Provence Alpes-Côte d'Azur, où sont implantées les installations d'essais et une partie des fabrications de la propulsion nucléaire.  

Référence

2021-18582-S0418  

Description du poste

Domaine

Matériaux, physique du solide

Contrat

Stage

Intitulé de l'offre

Modélisation multi-échelle du couplage chimie-comportement élasto-plastique du TATB

Sujet de stage

Modélisation multi-échelle du couplage chimie-comportement élasto-plastique du TATB

Durée du contrat (en mois)

6 mois

Description de l'offre

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.

Profil du candidat

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

Localisation du poste

Site

DAM Île-de-France

Localisation du poste

France, Ile-de-France, Essonne (91)

Ville

Bruyères-le-Châtel