Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
La modélisation et la simulation numériques sont devenues incontournables dans tous les domaines de la science et de la technique, tant au niveau académique qu'au niveau industriel. Ces outils numériques initialement développés comme une aide à la compréhension des phénomènes ont maintenant gagné en maturité et sont progressivement devenus des outils prédictifs. Les principales techniques de simulation, de l'échelle atomique à l'échelle macroscopique, sont exposées et chacune de ces techniques est illustrée par des exemples d'application.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleABSTRACT
Numerical modeling and simulation have become, both at the academic and industrial level, essential in every scientific and technical domain. Initially developed in order to help understand phenomena, these numerical tools have now achieved greater maturity and have progressively become predictive tools. The main simulation techniques from the atomistic to the macroscopic scales are presented and illustrated with application examples.
Auteur(s)
-
Mireille DEFRANCESCHI : Agrégée de chimie - Docteur d'état en sciences physiques
INTRODUCTION
La modélisation et la simulation numériques sont devenues incontournables dans tous les domaines de la science et de la technique, tant au niveau académique qu'au niveau industriel. Grâce aux progrès constants des moyens de calculs informatiques, la modélisation/simulation numérique a pris depuis ces dernières années une place de plus en plus grande dans des domaines aussi variés que la physique, la chimie et la biologie, mais également pour des systèmes humains, comme l'économie ou les sciences sociales. Dans le cas particulier de la science des matériaux qui va être au centre du présent document, de nouveaux outils numériques ont ainsi été développés pour répondre aux besoins croissants de la recherche et de l'industrie.
Ces outils numériques initialement développés comme une aide à la compréhension des phénomènes ont maintenant gagné en maturité et sont progressivement devenus des outils prédictifs. Actuellement, les modélisations et simulations numériques permettent d'effectuer des expériences à moindre coût ou même des expérimentations impossibles à réaliser.
Le but de ce document est de décrire les principales techniques de simulation numériques utilisées actuellement en science des matériaux. Les principales techniques de simulation, de l'échelle atomique à l'échelle macroscopique, sont exposées et chacune de ces techniques est illustrée par des exemples d'application. Certains sujets abordés, comme par exemple la simulation multi-échelle, en sont encore au stade du développement mais sont l'objet de développements constants.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
panorama méthodes numériques science des matériaux chimie du solide modélisation numérique simulation
KEYWORDS
overview | numerical methods | materials science | solid state chemistry | numerical modelisation | simulation
DOI (Digital Object Identifier)
Cet article fait partie de l’offre
Physique Chimie
(200 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
Simulation à l'échelle macroscopique3. Simulation à l'échelle mésoscopique
Lorsque les échelles de temps et d'espace dépassent la centaine de picosecondes et la centaine de nanomètres, la simulation à l'échelle atomique s'avère impossible. Lorsque, de plus, l'échelle spatiale ne dépasse pas la centaine de microns, on parle d'échelle mésoscopique. Les simulations numériques considèrent alors le milieu continu, mais effectuent une discrétisation par un maillage qui n'a plus rien à voir avec la structure cristallographique mais qui reste adaptée au problème simulé.
L'échelle mésoscopique est l'échelle des microstructures pour les matériaux, on y traite de joints de grains, dislocations, précipités, etc., décrits par des lois de comportement particulières et soumis à des évènements extérieurs, susceptibles d'agir sur ces microstructures.
Dans ce domaine, contrairement au domaine nanoscopique où l'on trouve des logiciels commerciaux ou libres assez nombreux, le domaine mésoscopique reste encore au début de son exploitation et les logiciels restent du domaine de la recherche. On peut citer, d'une part, les méthodes de champ de phase, pour l'étude des évolutions de phases thermodynamiques et, d'autre part, la dynamique des dislocations discrètes (DDD), destinée à la simulation de la déformation plastique. Ces méthodes sont rapidement abordées dans la suite.
La méthode du champ de phase est un outil dont les origines se trouvent dans la thermodynamique hors d'équilibre et la dynamique des transitions de phase . Son principe est de décrire l'état local de la matière à l'aide d'un ou plusieurs champs de phase, qui peuvent souvent être assimilés à des paramètres d'ordre. Le point clé est que ces champs prennent des valeurs bien déterminées en volume et qu'ils varient entre ces valeurs de manière continue à travers des interfaces diffuses. Les équations cinétiques pour les champs de phase sont couplées aux équations de transport qui pilotent le mouvement des interfaces (diffusion, hydrodynamique, contraintes élastiques, etc.). Il en résulte un système couplé d'équations aux dérivées partielles qui est plus simple à traiter que le problème à frontière libre original....
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Physique Chimie
(200 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Simulation à l'échelle mésoscopique
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PHILLIPS (J.-C.), KLEINMAN (L.) - * - Phys. Rev., 116 (1959).
-
(2) - HARTREE (D.R.) - * - Proc. Camb. Phil. Soc., 24, p. 89 (1928).
-
(3) - FOCK (V.) - * - Zs. f. Phys., 61(1-2) (1930).
-
(4) - HOHENBERG (P.), KOHN (W.) - * - Phys. Rev., 136(3B), p. B864-B871 (1964).
-
(5) - KOHN (W.), SHAM (L.J.) - * - Phys. Rev., 140, p. A1133 (1965).
-
(6) - JONES (R.O.), GUNNARSSON (O.) - * - Rev. Mod. Phys., 61(3), p. 689-746 (1989).
-
(7) - PERDEW (J.P.), CHEVARY (J.A.), VOSKO (S.H.), KOBLAR (J.A.), PEDERSON (M.R.), SINGH (D.J.), FIOLHAIS (C.) - * - Phys....
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Liste des codes de chimie quantique et de physique de l'état solide https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_quantum_chemistry_and_solid-state_physics_software
Codes de dynamique des dislocations :
• Le code de simulation de dynamique des dislocations microMegas (mM) sous licence GPL est développé par de nombreux utilisateurs. Il est flexible et a été adapté au traitement des structures CFC, HC et CC principalement.
• Simulation hybride DD + éléments finis ou encore appelé modèle discret-continu (MDC). Cet outil de simulation repose sur un couplage entre les codes de simulation microMegas et ZeBulon en vue de traiter des états de contraintes (multimatériaux, polycristaux) ou des chargements complexes.
• Simulation de la dynamique d'un ensemble de dislocations coins rectilignes infinies (2.5D). Ce code de simulation simple à 2D est ajusté pour reproduire le plus fidèlement possible le comportement 3D de la déformation plastique.
Code de calcul de propriétés thermodynamiques :
Thermo-Calc http://www.thermocalc.se/ et http://www.thermocalc.com/DICTRA.htm
HAUT DE PAGE
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Physique Chimie
(200 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
