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Dynamique de la zone pâteuse

 

Cette thématique se rapporte aux interactions et aux couplages forts entre les phénomènes de transfert macro- et microscopiques et à la formation des microstructures, à l’échelle de la zone pâteuse. Cette échelle, dite mésoscopique, se situe entre les échelles extrêmes des microstructures (microscopique : 1-100 µm) et du procédé (macrcoscopique : 0.1-1 m). Au niveau de la modélisation il est ainsi nécessaire de mettre en œuvre des approches qui permettront de coupler ces deux échelles. En général ces approches sont basées sur des modèles analytiques implantés dans des approches de type prise de moyennes. Nous étudieons plus particulièrement la formation des instabilités dans la zone pâteuse conduisant aux ségrégations chimiques mésoscopiques. Des mésoségrégations sont rencontrées dans de nombreux procédés, comme par exemple : les lingots et la coulée continue d’acier, la solidification dirigée d’aubes de turbine. Leur présence est néfaste pour la qualité des produits, leurs origines  ne sont pas toujours bien connues notamment en coulée semi-continue d’aluminium. Des travaux récents nous ont permis de montrer que la formation de canaux ségrégés induisait une modification complète de l’écoulement dans la zone pâteuse. Ce point reste à approfondir. Il s’agit dans un premier temps de développer une analyse de stabilité d’une zone pâteuse afin de déterminer les critères de déstabilisation qui conduit à la formation des canaux ségrégés. Afin d’approfondir la compréhension des transferts micro- et mésoscpiques, qui sont simplifiés dans les approches multi-échelles du type prise de moyenne, nous développons une approche de modélisation mésoscopique. Cette méthode permettra de franchir les limitations inhérentes d’une coté aux approches de prise de moyenne à cause des hypothèses simplificatrices et d’autre coté aux approches microscopiques directes à cause des temps de calcul trop importants.

<font size="1"><i>Fig 3. Canaux ségrégés dans un lingotin Sn-Pb de 6 x 10 cm.</font></i>
<font size="1"><i>Fig 4. Modélisation de croissance d’un grain dendritique avec la méthode mésoscopique d’enveloppe. Gauche : champ de soluté autour d’un grain en 2D. Droite : La fraction de solide – une estimation moyennée de la structure interne d’un grain.</font></i>