Sujet de thèse : Utilisation des mesures d’imagerie ultra-rapide 3D pour la thématique des éclats.
Domaine : Mécanique et matériaux
Laboratoire d’acceuil : GeM – Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (site Ecole Centrale de Nantes)
Encadrement laboratoire : Julien Réthoré (DR CNRS) , Rian Seghir (CR CNRS)
julien.rethore@ec-nantes.fr, rian.seghir@ec-nantes.fr
Financement : CEA (financement accepté) - détails et sujet complet ici
Encadrement CEA : Gilles Besnard
Démarrage : septembre 2024
Candidat : Master ou diplome d'ingénieur en mécanique, spécialité mécanique numérique serait un atout. Un socle de connaissance
solide en mécanique des milieux continus. Une grande appétence pour la mécanique expérimentale ainsi que la programmation. Des
compétences en python et/ou matlab sont nécessaires.
Caractérisation du comportement dynamique des métaux et de la formation
d’éclats par des mesures de champs en imagerie ultra-rapide.
Pour caractériser le comportement des matériaux dans des gammes de vitesse très importantes, le CEA a recourt à des
expériences de détonique où la sollicitation est générée par explosif [1]. La plupart du temps il s’agit d’édifices de
forme cylindriques et sphériques remplis d’explosif qui sont confinés par le matériau à étudier [2]. Les mesures
quantitatives mises en place sont actuellement des sondes de vitesse et de chronométrie mais elles ne permettent pas de
remonter aux informations mécaniques du matériau. En effet, elles sont ponctuelles et ne sont pas solidaires de la
surface. Des observations optiques qualitatives sont actuellement mises en place mais, du fait de la spécificité et la
complexité des expériences de détonique, elles ne dépassent pas le cadre de la simple observation.
La littérature scientifique regorge d’applications et de techniques où des mesures par imagerie quantitative sont utilisées
pour la mesure des paramètres matériau [3]. L’objectif de la thèse est d’utiliser la stéréo-corrélation d’images sur les
expériences de détonique afin de caractériser les déformations, vitesses de déformation, éventuellement les paramètres
matériau. Le but est d’utiliser ces mesures de champs afin de caractériser les temps d’apparition des éclats générés lors
des expériences de détonique ainsi que leur surface afin de contraindre les codes prédictifs développés au CEA [4]. Pour
cela, les moyens optiques actuels et très spécifiques aux expériences de détonique, utilisés de manière qualitative,
devront être caractérisés et améliorés afin de pouvoir les utiliser de façon quantitative lors des expériences de détonique.
L’imagerie visible actuelle permet aujourd’hui de capturer la cinématique avec une résolution de 12 Mpix à une
fréquence d’acquisition de 4 MHz (Cordin 580 / historique) ce qui donne la possibilité d’observer la formation d’éclats
de petites tailles dans un champ d’observation proportionnellement large. Des travaux précédents, sur la mesure de
champs lors d’expériences ultra-rapides en laboratoire, ont démontré la faisabilité de ces techniques dans le cadre
d’apparition de phénomènes fins, telle une fissure, dans un champ large [5,6,7]. Cependant, l’application aux
expériences de détonique reste marginale [8]. L’application des mesures de champs sur des expériences de détonique
nécessite des développements et des améliorations technologiques non négligeables et la fusion de plusieurs techniques
(couplage de l’optique avec de l’éclairage laser [9] par exemple). Par ailleurs, à l’issue de ces améliorations amenant à
une quantification des phénomènes observés, les confrontations expériences/simulations devront être menées. L’objectif
est de contraindre les modèles par l’enrichissement des bases de données. Chaque couple matériau/explosif étant
différent pour une même géométrie, plusieurs campagnes d’expériences sont prévues. Au préalable des expériences
pyrotechniques, le candidat aura la possibilité de mettre en pratique ses avancés lors d’expérience de laboratoire au sein
du GeM sur lanceur et puits de chute.
Les travaux devront aboutir à : (1) La conception des montages expérimentaux et leur mise en oeuvre sur plusieurs sites
d’expériences, principalement le CEA de Bruyères-le-Châtel et de Gramat. (2) Le développement des outils numériques
de traitement d’images. (3) Le développement des outils de simulation pour la formation des éclats.
[1] Del Prete & al. (2013). Shock Waves, 23 : 39-53.
[2] Snyman & al. (2016). Symposium 2016 of the South African ballistic organization.
[3] Besnard & al. (2006). Exp. Mech. 46 : 780-803.
[4] Counilh & al. (2015). Shock Compression of Condenser Matter.
[5] Vinel, Seghir, Berthe, Portemont, Réthoré (2021). .Metrological assessment of multi‐sensor camera Strain.
[6] Eid, Seghir, Réthoré (2023). Crack branching at low tip speeds: spilling the T. JTCAM.
[7] Vinel, Seghir, Berthe, Portemont, Réthoré (2023). Experimental validation of a rate-dependent Data-Driven Identification.
[8] Besnard (2010). Thèse de doctorat de l’ENS Cachan.
[9] Malhotra & al. (2022). Journal of Applied Mechanics. Vol 89 : 041001 :1-18.