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Le laboratoire d'accueil conçoit des diagnostics de pesée d’éjecta. Ceux-ci visent à déterminer la distribution, en fonction de leur vitesse, de la masse des microparticules expulsées par la surface rugueuse d’un solide soumis à un choc intense. Le capteur délivre le courant généré par une céramique piézoélectrique ultrarapide (résonance à 5 – 10 MHz), en réponse à la pression d’impact d’une pluie d’éjecta.
Afin de mieux cerner ce type de sonde, le laboratoire développe conjointement avec l’ENSAM-Paris, un tube à choc (TàC) de caractérisation et d’étalonnage en conditions représentatives de sollicitation sous éjection : pression de 1 à 1000 bar ; fréquence caractéristique de quelques 100 Hz à 10 kHz (30 kHz obtenu aujourd’hui ; 100 – 500 kHz visé à terme).
Ce TàC souffre de limitations matérielles, qui empêchent notamment la détermination de la fonction de transfert sur la plage spectrale souhaitée. Des travaux expérimentaux et numériques sont envisagés pour comprendre les phénomènes en cause, rationaliser l’agencement du TàC afin de limiter les problèmes, ainsi que corriger a posteriori les mesures entachées des imperfections matérielles résiduelles.

Il s’agit de développer des modèles physico-numériques du fonctionnement en régime instationnaire des deux dispositifs suivants.
En premier lieu, le TàC d’étalonnage subit des perturbations mécaniques lors de la rupture de cloison. Il s’agit d’identifier les pistes d’amélioration matérielle les plus pertinentes (notamment afin de repousser les limitations sur la dépendance avec la fréquence du comportement).
En deuxième lieu, le capteur piézoélectrique (même considéré isolément) se comporte de manière complexe. Il s’agit d’interpréter la fonction de transfert électromécanique du capteur sur la partie mesurable avec le TàC (échelon de pression gazeux homogène et unique), ainsi que de prédire cette fonction sur une partie du spectre inaccessible expérimentalement (notamment le chargement continu d’une série d’impacts ultra-brefs causés par la pluie d’éjecta denses).
Ces deux types de modélisation couplent plusieurs types :

  • de physiques : mécanique (notamment hydrodynamique et ondes) ; piézoélectricité ; thermique ;
  • d’échelles en temps : de quelque ns à quelque 10 µs ;
  • d’échelles en espace : de quelques µm (pour le capteur isolé) à quelque m (pour le TàC).

Le modèle sera validé expérimentalement par comparaison d’abord à des expériences élémentaires, puis de plus en plus complexes et représentatives de l’applicatif au fur et à mesure des avancées. Il s’agirait de parvenir à des modèles assez complets, qui intègrent des particularités comme l’anisotropie du monocristal piézoélectrique LiNbO3.
La simulation reposera sur un code multi-physique (ex. : LS-DYNA, Comsol Multi-Physics). Elle s’effectuera au moyen du supercalculateur TERA-1000 du CEA. Les travaux s’effectueront en collaboration avec l’ENSAM. Des publications sont envisagées.

Formation et compétences souhaitée :
Méthodes / logiciels : maîtrise de LS-DYNA, COMSOL ou équivalent.
Physique : bonnes connaissances en mécanique du solide, hydrodynamique, électromagnétisme et thermique.