Les membres
Chercheurs et enseignants-chercheurs:
Jean-Pierre Guin
Maxime Vassaux
Jean-Christophe Sangleboeuf
Yann Gueguen
Objectif
La question principale abordée par l'équipe est de comprendre comment les propriétés mécaniques macroscopiques d'un matériau émergent depuis l'échelle nanoscopique. Nous nous focalisons sur quelques matériaux pour lesquels la structure atomique est prépondérante comme les verres d'oxides et de chalcogénures, ainsi que les (bio)polymères et leurs nanocomposites (par exemple chargés en graphène).
Activité
Pour chacun de ces matériaux les questions spécifiques auxquelles nous tentons de répondre diffèrent:
- pour les verres nous chercons à déterminer pourquoi le comportement mécanique devient progressivement fragile à mesure que le matériau est sollicité à des échelles de plus en plus grandes [1];
Essais d'indentation et de rayage d'un verre de silice
- pour les nanocomposites de polymère nous nous intéressont au mécanisme de transfert de contrainte mécanique qui se produit entre une particule (e.g. graphène, oxide de graphène) et la matrice environnante de manière à déterminer la capacité d'une nanoparticule à renforcer un matériau [2].
- transversalement, nous nous interrogeons sur l'influence de l'environnement et plus précisément de l'eau absorbée en quantités moléculaires (en surface ou en volume) sur les propriétés mécaniques de ces matériaux, notamment les propriétés viscoélastiques.
Modèle moléculaire d'un nanocomposite de graphène-polyèmere pour étudier le renforcement des propriétés mécaniques de la matrice de polymère.
Méthodes
Afin de répondre à ces questions, l'équipe développe des méthodes de caractérisation expérimentales (structurales et mécaniques) à haute résolution spatiale ainsi que des outils de simulation numérique de résolution atomique (dynamique moléculaire et multi-échelles).
Expérimentalement, l'utilisation du microscope à force atomique est prédominante pour obtenir des cartographies topographiques et des propriétés élastiques des matériaux en surface avec une échelle nanométrique; la sonde chimique permet d'étudier le matériaux en profondeur en enlevant succèssivement des couches de matériau sans altérer les propriétés en surface; enfin la microscopie peut être couplée à de la spectroscopie Raman pour étudier les caractéristiques structurales et mécaniques à l'échelle des liaisons atomiques [3].
Sonde chimique et spectroscopie Raman pour caractériser la densification locale, nanoscopique d'un verre de silice.
Numériquement, la simulation de volumes de matériau avec une résolution atomique par dynamique moléculaire constitue la principale source de données, elle peut être couplée avec de la simulation par élément finis, directement ou non (autrement dit au sein d'une même simulation ou à travers plusieurs simulations disjointes) afin de tenir compte du chargement mécanique à l'échelle macroscopique et de la spécificité chimique du matériau à l'échelle nanoscopique; les deux approches peuvent être interfacée en utilisant du machine learning qui permet de créer des modèles réduits des simulations moléculaires, ces modèles réduits sont entrainés sur des données issues de simulations moléculaires et une fois suffisamment entrainés permettent de réduire au moins partiellement la quantité de simulations moléculaires (couteuses) à réaliser [4].
Code de calcul couplant méthode des éléments finis et dynamique moléculaire afin de tenir compte de mécanismes à plusieurs échelles.
Projets
Projet GLASS WELDING 2022-2025
Articles
[1] Keryvin, V., Charleux, L., Hin, R., Guin, J. P., & Sangleboeuf, J. C. (2017). Mechanical behaviour of fully densified silica glass under Vickers indentation. Acta Materialia, 129, 492-499.
[2] Vassaux, M., Sinclair, R. C., Richardson, R. A., Suter, J. L., & Coveney, P. V. (2020). Toward high fidelity materials property prediction from multiscale modeling and simulation. Advanced Theory and Simulations, 3(1), 1900122.
[3] Guin, J. P., Keryvin, V., Charleux, L., Han, K., Sangleboeuf, J. C., & Ferry, M. (2016). A chemical dissolution technique for challenging existing constitutive models of the densification process beneath an indentation imprint in amorphous silica. arXiv preprint arXiv:1601.06492.
[4] Suter, J. L., Vassaux, M., & Coveney, P. V. (2023). Large‐Scale Molecular Dynamics Elucidates the Mechanics of Reinforcement in Graphene‐Based Composites. Advanced Materials, 2302237.
