GDR CNRS 3532 MODMAT
2012-2020


Ateliers du GDR : “Modélisation des Matériaux”

"De l'atome au code industriel"

Thématique : Liens entre codes de calcul macroscopiques industriels et modélisation des matériaux à l'échelle atomique

Responsable : Fabienne Ribeiro (IRSN-Cadarache)



La modélisation des matériaux vise à développer des outils permettant de décrire le comportement de matériaux réalistes en dépit de leur complexité afin de rendre compte autant que possible de la réalité expérimentale, voire industrielle. Le but recherché est de relier les différentes méthodes de simulation afin d’arriver à une modélisation prédictive des technologies. Une telle modélisation prédictive est associée à l’idée que l’on puisse remplacer, à plus ou moins long terme, une grande partie de l’effort expérimental par des simulations fiables, à la fois moins coûteuses et plus rapides à mettre en œuvre. Ainsi, que ce soit dans le domaine des nanotechnologies, du nucléaire, de l’aéronautique ou des matériaux cimentaires, la modélisation des matériaux constitue un enjeu très important d’un point de vue applicatif et économique car si la prédiction est suffisamment fiable elle permettra d’éviter un grand nombre d’expériences ou de compenser l’impossibilité de certaines expériences comme c’est le cas dans le nucléaire.

L’utilisation d’un modèle unique ne pouvant jamais répondre à cet objectif, le recours à une approche multi-échelle s’impose. En effet la compréhension du comportement (mécanique, thermique, …) des matériaux complexes, synthétiques ou naturels, passe de plus en plus par une description fine de mécanismes qui impliquent une hiérarchie d'échelles spatiales et temporelles. Des simulations à différentes échelles de temps et d’espace doivent donc être réalisées, tout en mettant en œuvre des échanges d’informations entre échelles. Ainsi, si l'on veut pouvoir comprendre et expliquer les phénomènes et comportements à l'échelle macroscopique de ces matériaux, voire prédire l'évolution de leurs propriétés, il est fondamental de partir de données à l'échelle microscopique et de remonter des informations à l'échelle mésoscopique puis macroscopique. Une étude à l'échelle atomique permet non seulement d'identifier les mécanismes prépondérants à considérer à l'échelle supérieure, mais également d'alimenter les modèles en paramètres très difficiles à obtenir expérimentalement. En effet, les codes de simulation industriels sont de plus en plus précis et prédictifs car ils reposent sur une modélisation de plus en plus mécaniste des phénomènes à considérer, mais suppose par là même la connaissance et la validation de plus en plus de paramètres. D'un point de vue scientifique, la gageure est donc multiple : il s'agit d'une part de maîtriser la description des systèmes à l'échelle atomique, mais aussi d'être capable de discuter avec les personnes à l'échelle mésoscopique et macroscopique, d'identifier les paramètres pertinents pour eux, et de raccorder les échelles, en s'assurant de ne pas tenir compte des phénomènes physiques plusieurs fois.

C’est dans cet esprit que sera organisé à Marseille (Campus Universitaire St Charles) les 15-16 Décembre 2014 un atelier consacré à l’établissement des « Liens entre codes de calcul industriels macroscopiques et modélisation des matériaux à l'échelle atomique ». Cet atelier a vocation à réunir les différents acteurs impliqués, en amont et en aval du processus, afin de leur permettre d’échanger à la fois leur culture, leurs outils (codes de structure électronique ab initio ou effectifs, codes mésoscopiques de champ de phase, de Monte Carlo cinétique sur ou hors réseau, de métadynamique ; codes industriels macrosocopiques du type TCad, SCANAIR, ..), et les problèmes rencontrés liés à la remontée des barreaux de l’échelle. En effet, le pont entre les modélisations atomistiques et les codes industriels macroscopiques, qui occupent des positions extrêmes dans une approche de type multi-échelle, est loin d'être évident et soulève des problèmes génériques très particuliers du type :

L’atelier pourra se décliner selon les thématiques industrielles concernées par ce type d’approches, et donc de question soulevées :