contexte et objectifs

Contexte

La mécanique des matériaux hétérogènes s’est longtemps concentrée sur la notion de comportement global en estimant de manière macroscopique leurs propriétés. L’évolution abyssale des moyens de calcul, des méthodes numériques et des techniques expérimentales permet aujourd’hui d’avoir accès à l’information locale, à différentes sous-échelles, et de la modéliser. L’information locale contient, par exemple, la rhéologie des différentes phases, leurs dispositions, leurs formes, leurs caractéristiques et leurs évolutions… Tous ces éléments microstructuraux complexes peuvent avoir un impact de première importance sur le comportement du matériau pendant sa transformation. Par ailleurs, ils conditionnent également de manière essentielle les propriétés en service et ils peuvent mettre en jeux des évolutions topologiques et morphologiques complexes.

Objectifs

La compréhension et la simulation des mécanismes locaux d’évolution de la topologie au sein des matériaux hétérogènes, et plus précisément au niveau des hétérogénéités individuelles, ont donné naissance au concept du matériau numérique et à la modélisation à l’échelle d’un Volume Elémentaire Représentatif (VER). Ces approches génériques sous-entendent des défis importants :

• être capable à partir de moyens expérimentaux forcément à la pointe des techniques expérimentales actuelles en termes de compréhension des phénomènes de générer les données nécessaires à une reconstruction virtuelle des microstructures et à la validation des méthodes numériques développées,
• développer les méthodes numériques ad hoc en termes de génération de microstructures (immersion réelle, génération statistique, …),
• comprendre la physique des phénomènes microstructuraux que l’on cherche à modéliser et être capable de définir/construire/améliorer des méthodes/modèles numériques susceptibles de les modéliser,
• faire face à des calculs intensifs sous-entendant un environnement massivement parallèle et gérer également la numérisation de données colossales (big data),
• être capable d’enrichir les modèles macroscopiques existants grâce aux résultats obtenus à ces échelles inférieures et d’établir des approches numériques couplant les différentes échelles,
• modéliser le lien entre les propriétés macroscopiques des matériaux et les microstructures sous- jacentes prédites.

Ce discours, volontairement multi-physiques, multi-échelles et multi-matériaux, illustre la portée de cette thématique qui est aujourd’hui également de plus en plus plébiscité par de nombreux acteurs industriels dans l’élaboration de matériaux à forte valeur ajoutée synonyme d’un contrôle total de leur microstructure. Le but de la commission ”Matériau Numérique” est donc évidemment de regrouper industriels et académiques autour de ces grands thèmes afin de créer un lieu privilégié d’échanges d’informations et d’organisation d’évènements en lien avec les thématiques ciblées.

Les contours structurants suivants ont été retenus par le bureau de la commission:

• Du matériau réel à la reconstruction exacte ou statistique de microstructures virtuelle Développement des approches numériques dédiées au suivi d’interfaces dans les microstructures (modèles dits à ”champ complet”) : level set, champ de phase, Monte-Carlo, automate cellulaire, vertex, méthodes discrètes, dynamique des dislocations…
• Des modèles à ”champ complet” aux modèles à ”champ moyen”.
• Approches numériques multi-échelles.
• Intégration des différentes approches dans les codes actuels en science des matériaux.
• Futurs challenges de la modélisation multi-échelles.

Cette commission a également comme objectif de construire des liens forts avec d’autres « sociétés savantes/structures existantes » afin de faire émerger des synergies sur la thématique. Ainsi les commissions SF2M ”Transformation de phases”, SF2M ”Grands Instruments”, AFM ”Formage virtuel”, AFM – MECAMAT – GT ”approches probabilistes en mécanique des milieux hétérogènes” et les journées thématiques ”Journées Matériaux Numériques” sont représentées dans le bureau de la commission.