Microstructure dendritique colonnaire et transition colonnaire - équiaxe en solidification dirigée d'alliages massifs transparents à partir du bain fondu. Dynamique des phénomènes et rôle de la convection induite par la gravité.
Les microstructures de solidification régissent les propriétés des matériaux élaborés dans les procédés industriels. Il faut donc contrôler, sinon adapter, leur développement aux propriétés requises. La solidification dirigée Bridgman et le refroidissement dirigé (power-down) sont adaptés à l'étude des aspects fondamentaux. En métallurgie, on observe le plus souvent une microstructure colonnaire dendritique ou des grains équiaxes, ou un mélange des deux. Les mécanismes de sélection de la microstructure dendritique et ceux de la transition colonnaire équiaxe (CET : Columnar Equiaxed Transition) demandent à être encore clarifiés. Une difficulté majeure vient des couplages entre les instabilités morphologiques et la convection, présente sur Terre dans le liquide et qui altère les champs de température et de soluté. Il est donc impératif d'identifier les contributions respectives des divers phénomènes, et leurs interactions.
Dans le cadre du projet DECLIC du CNES, un Insert de Solidification Dirigée (DSI) dédié à l'étude d'alliages transparents 3D a été construit pour la Station Spatiale Internationale (ISS). La transparence des matériaux utilisés (alliages à base de succinonitrile) permet l'observation continue in situ et en temps réel par des méthodes optiques (observation directe, interférométrie). En microgravité, ce dispositif servira à établir une base de données de référence (benchmarks) sur la dynamique des phénomènes dans la limite du transport diffusif. Linfluence de la convection sur la microstructure de solidification pourra être mise en évidence à partir de la comparaison des expériences effectuées sur Terre avec celles conduites en micro gravité. La comparaison de ces données avec les prédictions théoriques servira à la validation de la modélisation et de la simulation numérique et, en retour, au progrès de la comprehension des méthanique physiques.
Coordonnées
Techniques maîtrisées
synthèse par méthode chimie. mesure et modélisation par logiciel.
Doctorat
Intitulé : MATIERE CONDENSEE et NANOSCIENCES
1ère inscription en thèse :
Décembre 2009
École doctorale :
Physique et Sciences de la Matière
Date de soutenance de la thèse :
29 Novembre 2013
Sujet :
Dynamique de la formation microstructure à solidification directionnelle en 3D avec alliages transparent: la caractérisation in situ dans DECLIC-DSI avec le transport de diffusion en microgravité
Directeur de thèse :
Bernard BILLIA
Co-directeur :
Nathalie BERGEON
Unité de recherche :
IM2NP - INSTITUT MATERIAUX MICROELECTRONIQUE NANOSCIENCES DE PROVENCE
Intitulé de l'équipe :
Master
Intitulé : Matériaux pour les structures et lénergie
Juillet 2009 - Universite Paris XII
Mention : assez bien
Langues vivantes
Anglais : Moyen
Français : Moyen
Chinois : Maternel
Production scientifique
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Dynamics of interface pattern formation in 3D alloy solidification: first results from experiments in the DECLIC directional solidification insert on the International Space Station
Journal of Materials Science
2011
Bergeon, Nathalie
Ramirez, Anthony
Chen, Liang
Billia, Bernard
Gu, Jiho
Trivedi, Rohit
http://link.springer.com/10.1007/s10853-011-5382-2
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In situ and real time characterization of interface microstructure in 3D alloy solidification: benchmark microgravity experiments in the DECLIC-Directional Solidification Insert on ISS
IOP Conference Series: Materials Science and Engineering
2012
Ramirez, A
Chen, L
Bergeon, N
Billia, B
Gu, Jiho
Trivedi, R
http://stacks.iop.org/1757-899X/27/i=1/a=012087?key=crossref.fd192569e034d69c21307cb0cdc4b408
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Spatiotemporal Dynamics of Oscillatory Cellular Patterns in Three-Dimensional Directional Solidification
Phys. Rev. Lett.
2013
N. Bergeon1,*, D. Tourret2,, L. Chen1, J.-M. Debierre1, R. Guérin1, A. Ramirez1, B. Billia1, A. Karma2, and R. Trivedi3
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.110.226102