Doctorant.e (H/F) en mécanique des matériaux: Étude de la fracture et de la corrosion des vitrocéramiqu

Sujet de thèse :
La cristallisation contrôlée de certains verres permet d'obtenir des matériaux structurés, appelés vitrocéramiques (GC), qui se composent de nanocristaux ou de microcristaux dispersés dans une matrice de verre résiduelle. Les GC tirent parti des propriétés avantageuses de la céramique et du verre et trouvent de nombreuses applications dans notre vie quotidienne, par exemple dans les ustensiles de cuisine, les implants osseux et dentaires, l'architecture, les écrans de téléphones portables, etc. [2, 3]. Dans la littérature actuelle, les ensembles de données sur les propriétés physiques, mécaniques et de rupture des GC restent disparates, ne révélant qu'une poignée de propriétés sur un seul échantillon de GC. De plus, la sensibilité des vitrocéramiques à la corrosion sous contrainte a été très peu étudiée. Ce phénomène dépend fortement de l'humidité relative et de la température [4], ainsi que des paramètres des matériaux (composition chimique [5] et microstructure [6], ici la structure et l'échelle de longueur associées aux phases cristallines) et peut limiter considérablement les utilisations des GC en raison de la lente propagation des fissures conduisant à la défaillance des GC sous des contraintes (apparemment) inoffensives.

L'objectif à long terme est d'établir le lien entre la microstructure et le mécanisme dit de fissuration par corrosion sous contrainte dans les vitrocéramiques. En général, le comportement de fissuration par corrosion sous contrainte peut être modélisé par le formalisme de Wiederhorn [4,7]. En 2020, Grutzik et al. [8] ont étendu la formulation de Wiederhorn en proposant une équation unique pour modéliser la vitesse de propagation des fissures dans un verre, où la vitesse dépend de la résistance à la rupture. L'équation est constituée d'un ensemble de paramètres, qui comprend également les énergies d'activation et les échelles de longueur caractéristiques pour les environnements secs et humides, ainsi que les dépendances à la température et à l'humidité relative, ainsi que quelques paramètres macroscopiques (module d'Young, densité, etc.). La plupart de ces paramètres sont faciles à déterminer expérimentalement pour une seule microstructure et composition de vitrocéramique. Nous souhaitons donc construire des modèles moléculaires chimiquement spécifiques afin de faciliter ces caractérisations. Nous avons déjà établi un protocole pour construire des modèles moléculaires de vitrocéramiques, mais les structures et les propriétés mécaniques obtenues doivent maintenant être validées. Les propriétés mécaniques seront étudiées à l'aide de simulations de dynamique moléculaire à tous les atomes (propriétés élastiques) et d'une technique de simulation avancée appelée CAPRICCIO (résistance à la rupture) [9]. Nous effectuerons ces calculs pour différentes microstructures de vitrocéramiques, ce qui nous aidera à comprendre l'influence de la morphologie de la phase cris
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