Un outil numérique basé sur des marches aléatoires hybrides pour simuler le transfert thermique couplé rayonnement/conduction dans les matériaux poreux

Parmi les nombreuses propriétés que les matériaux céramiques de haute technologie - comme les Composites à Matrice Céramique (CMC) ou carbone (C/C) et les mousses céramiques - doivent satisfaire, il y a les propriétés de transfert de chaleur depuis l’ambiante jusqu’à des températures extrêmes. Pour ces dernières, le transfert de chaleur ne s’appuie plus seulement sur le transfert conductif à travers la phase solide, mais également sur le transfert radiatif à travers les macropores du matériau. Il importe de pouvoir évaluer aussi précisément que possible le comportement thermique du matériau dans ces conditions. Dans une approche de « matériau virtuel », nous proposons un outil permettant de simuler le transfert de chaleur en tenant compte des particularités du matériau, à savoir : (i) anisotropie locale due à une éventuelle texturation, (ii) hétérogénéité, et (iii) présence de cavités radiatives. L’approche permet de travailler sur des images 3D fidèlement représentatives du matériau réel, telles qu’on peut par exemple les obtenir par tomographie X. Un schéma numérique de marches aléatoires mixtes (diffusion/rayonnement) est présenté, ainsi que différentes validations du code. L’application à des images de matériaux réels (CMC, mousses, tissus, …) est décrite et discutée, montrant l’impact du transfert radiatif sur le tenseur de diffusivité effective du matériau

Optimal orientation estimators for detection of cylindrical objects

International audienceThis paper introduces low level operators in the context of detecting cylindrical axis in 3 D images. Knowing the axis of a cylinder is particularly useful since cylinder location, length and curvature derive from this knowledge. This paper introduces a new gradient-based optimal operator dedicated to accurate estimation of the direction toward the axis. The operator relies on Finite Impulse Response filters. The approach is presented first in a 2-D context, thus providing optimal gradient masks for locating the center of circular objects. Then, a 3-D extension is provided, allowing the exact estimation of the orientation toward the axis of cylindrical objects when this axis coincides with one of the mask reference axes. Applied to more general cylinders and to noisy data, the operator still provides accurate estimation and outperforms classical gradient operators

La croissance des pyrocarbones

Cet article fait la synthèse des recherches récentes dans le domaine des pyrocarbones. Ce sont les formes solides de carbone qui se déposent sur une surface chaude par craquage d'hydrocarbures liquides ou gazeux au-delà de 900 °C. Les applications touchent les matériaux composites, les biomatériaux ou les applications nucléaires. Très récemment, une étape importante a été franchie dans la connaissance de ces carbones grâce à une démarche pluridisciplinaire. Il en résulte une classification basée sur les mesures des défauts de réseau et d'anisotropie par spectroscopie Raman. Elle permet de relier de façon satisfaisante les mécanismes de croissance, les structures et les propriétés des pyrocarbones de basse température

The role of P 3s2 lone pair (E) in structure, properties and phase transitions of black phosphorus. Stereochemistry and ab initio topology analyses

An approach merging crystal chemistry and density functional theory (DFT) electron localization function (ELF) taking P 3s2 lone pair (E) into account induces a full renewal of stereochemistry of black phosphorus, its crystal network evolutions and phase transitions under increasing pressures from atmospheric up to 32 GPa. Orthorhombic (Cmce) black P at ambient pressure, shows a packing of puckered [P]n layers - orthogonal to [010] - separated by a large free interspace (3.071 Å), which actually is partially filled by lone pairs (E) (P-E ~ 0.8 Å). Each P exhibits its lone pair pointing outside the [P]n layer, sandwiching it between two [E]n layers into a new stacking sequence … [EP2E]n … denoted O-[PE]n. The free interspace between [EP2E]n layers is much smaller 1.858 Å but allows sliding along [001]. The pressure evolving up to 2.66 GPa, all structural details have been followed and reported, including the layer thickness reduction along [010] and the sliding along [001] of consecutive layers. A mechanism for the phase transition occurring around 5.5 GPa is proposed. Depicted in the trigonal system the new layered phase R-[PE]n involves a bond rearrangement through E-E layer in zigzag phosphorus layers and P-E rotation and alignment with the A axis. Now, the phosphorene layers have P-E patterns oriented towards each other in their interspace. A very particular phenomenon occurs around ~11 GPa the lone pair centroid Ec (P-Ec = 0.73 Å) splits into three partially occupied sites Ed around the A axis which explains observed variations in properties at this critical pressure. So, we claim that there are two trigonal phases, R1-[PE] up to 11 GPa followed by a second form R2-[PE] directly caused by lone pair displacement from Ec to Ed and its influence on layer stacking. A further layer sliding brings the phosphorus atomic layers close enough to each other to establish new P-P bonds and then to cause an ultimate transition to cubic system, with a new structure, isostructural to Po. The mechanisms of the transitions are detailed

Contribution of X-ray CMT and image processing to the modelling of pyrocarbon Chemical Vapour Infiltration

International audienceThe Chemical Vapour Infiltration (CVI) process is used to fabricate the pyrocarbon matrices of C/C composites. This process involves complex physico-chemical phenomena such as the transport of precursor, carrier, and by-product gases in the reactor and inside a fibrous preform, heat transfer, chemical reactions (pyrolysis and deposition), and the structural evolution of the preform. It is able to provide high-quality materials because the processing conditions are rather mild with respect to the fibres; however it is expensive and sometimes difficult to optimize. This process has been the object of extensive modelling efforts, because of imperative optimization needs. The present work presents an approach suited to the exploitation of computerized microtomographs of C/C composites, which features image acquisition, computation of geometrical and transport properties, and infiltration modelling, as applied to the infiltration of needled carbon fibre fabrics. Another application to the reinforcement of carbon foams is also presented, as an example of inserting this approach in a global modelling strategy

Non-parametric synthesis of laminar volumetric texture

International audienceThe goal of this paper is to evaluate several extensions of Wei and Levoy's algorithm for the synthesis of laminar volumetric textures constrained only by a single 2D sample. Hence, we shall also review in a unified form the improved algorithm proposed by Kopf et al. and the particular histogram matching approach of Chen and Wang. Developing a genuine quantitative study we are able to compare the performances of these algorithms that we have applied to the synthesis of volumetric structures of dense carbons. The 2D samples are lattice fringe images obtained by high resolution transmission electronic microscopy (HRTEM)

Ablation des matériaux carbonés (lien entre la nanotexturation et la réactivité)

La problématique énoncée par l utilisation de matériaux composites C/C denses implique la connaissance et la maîtrise des processus de dégradation auxquels ils sont soumis. L utilisation de moyens de caractérisation in-situ de ces voies de dégradation constitue alors un atout considérable pour leur anticipation. Ainsi, l utilisation de la MEBE en Température associée à une caractérisation cristallographique par MET et une confrontation ex-situ par Analyse thermogravimétrique a abouti à l obtention de lois cinétiques caractérisant la propagation de l oxydation dans toutes les directions de l espace. A la suite de cette étape expérimentale, une approche numérique basée sur l utilisation d algorithmes de Monte-Carlo Cinétique, a alors été mise en place pour modéliser ces observations tant sur le plan atomique avec la modélisation de la loi cinétique d oxydation linéique, que meso et macroscopique par la simulation de la loi cinétique de perte de masse dans le cas particulier du HOPG.The problem stated by the use of composites C / C dense implies knowledge and control of degradation processes to which they are subjected. The use of in-situ characterization of these means of degradation pathways then is a considerable asset for their advance. Thus, the use of ESEM in temperature associated with a crystallographic characterization by TEM and ex situ confrontation by thermogravimetric analysis resulted in obtaining kinetic laws characterizing the propagation of oxidation in all directions. Following this experimental stage, a numerical approach based on the use of algorithms Kinetic Monte-Carlo, was then introduced to model these observations both at the atomic level with the modeling of the oxidation kinetics law linear, as meso-and macro-simulation by the kinetic law of mass loss in the case of HOPG.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

Structural features of pyrocarbon atomistic models constructed from transmission electron microscopy images

International audienceWe report on atomistic models of laminar pyrocarbons constructed using a combination of 2D high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) lattice fringe image analysis, 3D image synthesis and atomistic simulated annealing. In a first step, the effectiveness of the method and the convergence of the models with respect to the quench rate are checked on small systems. Then, the nanostructural features of large fully carbonaceous atomistic models obtained from the HRTEM images of a rough laminar pyrocarbon, asprepared and after partial graphitization, are discussed. Both models show a very pronounced sp2 character (≥ 97%), essentially made of hexagonal rings (≥ 88%) and pentagonal and heptagonal rings in similar amounts (≈ 6%). The latter mostly form pentagon-heptagon pairs or networks of line defects between misoriented hexagonal domains. Numerous pairs of screw dislocations, connecting different graphene domains, are also observed while edge dislocations with unsaturated carbon atoms are almost absent. The models are validated with respect to experimental pair distribution functions, showing excellent agreement

Algorithmes non paramétriques pour la synthèse de textures volumiques à partir d'un exemple 2D

National audienceCet article traite de synthèse non paramétrique de textures volumiques anisotropes à partir d'une observation 2D unique. Nous proposons différentes variantes originales d'un algorithme non paramétrique et multiéchelle de synthèse de textures. L'originalité réside d'une part dans le fait que le processus de synthèse 3D s'appuie sur l'échantillonnage d'une seule image 2D d'entrée en garantissant la cohérence selon deux des trois vues de la texture 3D de sortie et, d'autre part, dans les stratégies de parcours 3D et d'optimisation utilisées. Les différentes variantes algorithmiques proposées sont appliquées à la synthèse de textures volumiques de matériaux carbonés, à partir d'une observation 2D unique obtenue par Microscopie Electronique en Transmission (MET). Nous développons une étude qualitative et quantitative des résultats de synthèse qui permet d'une part d'identifier les stratégies les plus pertinentes pour la synthèse et d'autre part de les comparer de façon objective à certains algorithmes de la littérature