Prédiction multiéchelle de l'équilibre thermodynamique de phases en présence de contraintes – MULTI-STEP

Sous des conditions environnementales spécifiques, comme des variations de pression et de température, roches et métaux subissent des transformations de phase leur permettant d’atteindre l’équilibre thermodynamique. Ces transformations influencent fortement les propriétés mécaniques des matériaux naturels et manufacturés. L’étude des assemblages minéralogique permet de plus, de comprendre leurs conditions de formation et de reconstituer des processus géodynamiques majeurs tels que l’orogenèse, le rifting ou la subduction. Dans les matériaux métalliques, le développement de certaines phases est essentiel pour optimiser les performances mécanique.
Tant en Métallurgie qu'en Sciences de la Terre, les calculs de stabilité des phases reposent sur deux hypothèses : i) la pression contrôlant la transformation est une mesure statique de la contrainte ; ii) les contraintes déviatoriques n'affectent pas l'équilibre des phases. Cependant, ces hypothèses ont récemment suscité des débats au sein des deux communautés scientifiques.
Notre projet propose de dépasser ces hypothèses en utilisant une approche numérique multi-échelle, allant de la simulation atomistique à la modélisation thermomécanique, couplée à des expériences micromécaniques. Les simulations atomistiques sont des outils privilégiés pour calculer les énergies libres et déduire des diagrammes de phase sous diverses conditions thermomécaniques (par exemple, sous contrainte déviatorique). Validés par des données expérimentales établies ou acquises par nos soin, ces diagrammes seront intégrés dans des modèles continus à des échelles allant de la microstructure à la lithosphère.
La méthodologie sera d’abord appliquée à la transformation a/ß du titane, un processus bien documenté lors de la mise en forme à chaud du titane. Ensuite, elle sera utilisée pour la transformation quartz-cœsite, un processus clé dans le métamorphisme de très haute pression et essentiel pour comprendre certains grands processus géodynamiques.