Understanding the thermomechanical behavior of a TATB-based explosive via microstructure-level simulations. Part I: Microcracking and viscoelasticity

International audienceIn view of a better understanding of the thermomechanical behavior of pressed explosives, a Fourier-based computational tool is used to perform numerical homogenization and compare predictions to experimental macroscopic properties. This is first done in a purely thermoelastic context on simplified polycrystalline virtual microstructures, then extended to cracked polycrystalline ones. A further extension is proposed, aiming at predicting the nucleation and propagation of (micro)-cracks. Besides, a mean-field (self-consistent) approach is also followed, providing accurate thermoelastic predictions. It is currently being extended to account for linear (non-ageing) viscoelasticity of the binder. The study of irreversible deformation mechanisms of the TATB crystal, in view of their incorporation in the full-field tool, is the subject of the companion paper

Interface Train/ Infrastructure ferroviaire: influence de l'interface multi-contact et aptitude au shuntage du matériel roulant

La plupart des fonctions de signalisation nécessitent de connaître l'état d'occupation de portions de voie appelé « zones ». La détection d'une circulation sur une zone peut s'effectuer au moyen d'un « circuit de voie » équipant cette zone. Le circuit de voie est constitué d'un émetteur et d'un récepteur et d'une ligne de transmission formée par les rails. En l'absence de circulation sur la zone, le récepteur reçoit toute l'énergie de l'émetteur. En présence d'une circulation, les essieux du train « shuntent » le signal émis par l'émetteur induisant une très faible énergie reçue au niveau du récepteur. On dit qu'il y a « shuntage » du circuit de voie par la circulation et donc présence de la circulation sur la zone. La qualité du « shuntage » est donc primordiale dans la détection d'une circulation. Elle dépend de la bonne qualité du contact électrique « rail/roue ». L'évènement redouté que constitue le « déshuntage » conduit à signifier au système que la zone est libre de toute circulation alors qu'une circulation est présente sur la zone.   Le shuntage est une problématique système qui met en jeu les caractéristiques de l'infrastructure, des caractéristiques intrinsèques des circulations, de l'environnement et des conditions d'exploitations. Un problème demeure : le cadre physique du couplage électromécanique est mal établi. Les études s'intéressent à différents aspects du shuntage isolément du cadre du shuntage, il manque une étude qui permet d'unifier les contributions mécaniques et physiques : c'est le cadre mécanique du train circulant sur la voie qui conditionne le bon shuntage au travers du contact roue/rail. Il semble donc évident de devoir prendre en compte les caractéristiques physiques du train, du circuit de voie, et de l'exploitation, et les interactions entre celles-ci. Nous proposons une refondation des systèmes d'évaluation par « scores » utilisés par les belges et les néerlandais avec la possibilité de prendre en compte les paramètres aléatoires et imprédictibles intervenant dans le shuntage. Pour pouvoir faire cela, une étude statistique a été lancée sur des données de la SNCF. In fine, un système est proposé permettant l'admission d'un train sur les voies en le faisant correspondre à un point dans un espace abstrait dont les dimensions sont constituées de ses caractéristiques : l'admissibilité correspondra à la position de ce point dans cet espace abstrait par rapport à une norme fixée par les exploitants du réseau

Détermination des propriétés de transport d'électrolytes liquides pour batteries lithium-ion au moyen d'une cellule électrochimique multi-électrodes

Les applications de mobilité nécessitent des batteries ayant une densité d'énergie élevée (autonomie d'un véhicule), avec de bonnes performances en puissance (charge rapide ou accélérations). Cependant, les électrodes des batteries de haute énergie, qui sont généralement épaisses, présentent d'importantes limitations cinétiques, notamment à cause du transport lent des ions Li+ dans les électrolytes liquides. La caractérisation des électrolytes de batteries est donc nécessaire, tant pour leur formulation que pour la modélisation de systèmes de batteries (qui nécessite un paramétrage précis pour obtenir des prédictions réalistes). Dans ce travail de thèse, nous présentons différentes méthodes de caractérisation des électrolytes liquides pour batteries. Les propriétés de transport (PT) sont déterminées à différentes concentrations pour un électrolyte de LiPF6 dans un mélange de carbonates d'éthylène et de diéthyle (1 :1 en masse). Dans ce travail, les PT et propriétés thermodynamiques d'intérêt de l'électrolyte, considéré binaire, sont les coefficient de diffusion D', nombre de transférence t_+^0, conductivité kappa et facteur thermodynamique alpha'. Les PT sont déterminées en appliquant une impulsion galvanostatique à une cellule multi-électrodes et en mesurant les tensions entre les N-1 paires d'électrodes de référence (ER) (N est le nombre d’ER dans la cellule). Les signaux sont traités pour déterminer D', t_+^0 et kappa_eff en combinant modélisation inverse et calculs analytiques. Le facteur thermodynamique alpha' de l’électrolyte est calculé à partir des données de la cellule multi-électrodes et du produit alpha' t_-^0 déterminé à l'aide de cellules de concentrationContrary to stationary storage, mobility applications require batteries with both a high energy density (e.g., vehicle autonomy) and a large power capability (e.g., fast-charging, or sudden power calls). Batteries designed for high-energy applications usually embed thick electrodes that are subject to substantial limitations, in part due to the sluggish transport Li+ ions in liquid electrolytes. Electrolyte characterization is therefore crucial, both in terms of formulation and for the simulation of battery systems (requiring accurate parametrization to get realistic predictions). In this Ph.D. thesis work, we review the different methods for the characterization of liquid electrolytes for lithium-ion batteries. Then, the transport properties are determined at different concentrations for the LiPF6 in EC/DEC (1:1 weight proportions) electrolyte (considered binary). Herein, the transport and thermodynamic properties of interest for the electrolyte are the diffusion coefficient D’, transference number t_+^0, conductivity kappa, and thermodynamic factoralpha'. The transport properties are determined by applying a galvanostatic pulse to the multi-electrode cell and by measuring the voltage response of the electrolyte between the N-1 pairs of reference electrodes (REs) (N is the number of REs in the cell). D', t_+^0 and kappa_eff are determined using data processing methods combining inverse modeling and analytical calculations. The thermodynamic factor alpha' of the electrolyte is calculated from the output data of the multi-electrode cell and the alpha' t_-^0 determined using concentration cell

Détermination des propriétés de transport d'électrolytes liquides pour batteries lithium-ion au moyen d'une cellule électrochimique multi-électrodes

Contrary to stationary storage, mobility applications require batteries with both a high energy density (e.g., vehicle autonomy) and a large power capability (e.g., fast-charging, or sudden power calls). Batteries designed for high-energy applications usually embed thick electrodes that are subject to substantial limitations, in part due to the sluggish transport Li+ ions in liquid electrolytes. Electrolyte characterization is therefore crucial, both in terms of formulation and for the simulation of battery systems (requiring accurate parametrization to get realistic predictions). In this Ph.D. thesis work, we review the different methods for the characterization of liquid electrolytes for lithium-ion batteries. Then, the transport properties are determined at different concentrations for the LiPF6 in EC/DEC (1:1 weight proportions) electrolyte (considered binary). Herein, the transport and thermodynamic properties of interest for the electrolyte are the diffusion coefficient D’, transference number t_+^0, conductivity kappa, and thermodynamic factoralpha'. The transport properties are determined by applying a galvanostatic pulse to the multi-electrode cell and by measuring the voltage response of the electrolyte between the N-1 pairs of reference electrodes (REs) (N is the number of REs in the cell). D', t_+^0 and kappa_eff are determined using data processing methods combining inverse modeling and analytical calculations. The thermodynamic factor alpha' of the electrolyte is calculated from the output data of the multi-electrode cell and the alpha' t_-^0 determined using concentration cellsLes applications de mobilité nécessitent des batteries ayant une densité d'énergie élevée (autonomie d'un véhicule), avec de bonnes performances en puissance (charge rapide ou accélérations). Cependant, les électrodes des batteries de haute énergie, qui sont généralement épaisses, présentent d'importantes limitations cinétiques, notamment à cause du transport lent des ions Li+ dans les électrolytes liquides. La caractérisation des électrolytes de batteries est donc nécessaire, tant pour leur formulation que pour la modélisation de systèmes de batteries (qui nécessite un paramétrage précis pour obtenir des prédictions réalistes). Dans ce travail de thèse, nous présentons différentes méthodes de caractérisation des électrolytes liquides pour batteries. Les propriétés de transport (PT) sont déterminées à différentes concentrations pour un électrolyte de LiPF6 dans un mélange de carbonates d'éthylène et de diéthyle (1 :1 en masse). Dans ce travail, les PT et propriétés thermodynamiques d'intérêt de l'électrolyte, considéré binaire, sont les coefficient de diffusion D', nombre de transférence t_+^0, conductivité kappa et facteur thermodynamique alpha'. Les PT sont déterminées en appliquant une impulsion galvanostatique à une cellule multi-électrodes et en mesurant les tensions entre les N-1 paires d'électrodes de référence (ER) (N est le nombre d’ER dans la cellule). Les signaux sont traités pour déterminer D', t_+^0 et kappa_eff en combinant modélisation inverse et calculs analytiques. Le facteur thermodynamique alpha' de l’électrolyte est calculé à partir des données de la cellule multi-électrodes et du produit alpha' t_-^0 déterminé à l'aide de cellules de concentratio

Prediction of microcracking by a FFT-based phase field method for pressed energetic materials

Ce travail s'inscrit dans la thématique classique en mécanique non-linéaire de la modélisation du comportement à rupture de milieux hétérogènes. On étudie par des moyens numériques la localisation et la propagation de l'endommagement dans un comprimé au TATB (triamino-trinitrobenzène) soumis à diverses sollicitations mécaniques et thermiques. La microstructure polycristalline, qui contient en outre liant et porosités, est partiellement caractérisée à travers des images obtenues par microscopie électronique, ainsi que des essais mécaniques et thermiques, et présente, à l'état initial, des contraintes résiduelles, voir des fissures pré-existantes. On développe dans un premier temps une méthode numérique de calculs par transformées de Fourier rapide pour la prédiction de l'endommagement reposant sur l'utilisation d'un "champ de phase", qui décrit l’endommagement local au sein de la microstructure. Les algorithmes proposés, validés à partir de données issues de la littérature, prennent en compte le caractère irréversible de l'endommagement ainsi que la forte anisotropie des cristaux de TATB, en élasticité maiségalement du point de vue de la fissuration. Dans un second temps, on applique les schémas numériques développés aupolycristal étudié. On s’intéresse en particulier à la fissuration transgranulaire sous cycle thermique à froid, puis on intègre la porosité et la fissuration dans le liant sous chargement thermique et en traction. Ces divers phénomènes sont pris en compte de manière incrémentale et identifiés par méthode inverse sur les données expérimentales disponibles. Les résultats de ce travail montrent d'une part le rôle prépondérant joué par l'endommagement inter et transgranulaire sur le comportement thermique à froid et lors des essais mécaniques. La démarche entreprise permet, en outre, de préciser l'influence relative des divers mécanismes pris en compte : porosité, élasticité dans le liant et dans les grains, mais également anisotropie mécanique des grains ou endommagement du matériau à l'état initial.This work presents a study in non-linear mechanics, in the classical framework of brittle fracture in heterogeneous media. We study numerically the localization and propagation of damage in a triamino-trinitrobenzene-based (TATB) material under various mechanical and thermal loadings. The polycrystalline microstructure, which in addition contains a binder and porosities, is partially characterized by electron microscopy images as well as experimental testings under mechanical and thermal solicitations, and presents in its initial state, residual stresses and, possibly, pre-existing cracks. We first develop a numerical method based on fast Fourier transforms for predicting the material's brittle response. A "phase field" is used to describe local damage within the microstructure. The proposed algorithms, validated by comparisons with data obtained in the literature, takes into account the irreversible nature of damage as well as the strong crystal anisotropy in TATB grains, in elasticity and tenacity. Secondly, we apply the developed numerical schemes to the study of TATB polycrystals. We focus first on transgranular cracking under a cooling-heating thermal cycle, after which the role of the porosity and of the binder as well as purely-mechanical loadings are investigated. These various phenomena are taken into account incrementally and identified by an inverse method using available experimental data. The results obtained in the present work show the preponderant role played by inter and transgranular cracks on the thermal behavior under thermal and mechanical loadings. Moreover our approach also quantifies the relative influence of various mechanisms : porosity, binder and grains elasticity, but also the grains mechanical anisotropy and pre-existing cracks in the material in its initial state

Les ordonnances dématérialisées à l'officine

La crise sanitaire de la Covid-19 a confirmé la nécessité et la volonté déjà croissante de modernisation du système de santé en France.En ce sens, le développement de la téléconsultation et le recours aux ordonnances dématérialisées permet une continuité des soins pour l’ensemble de la population.Le recours au numérique dans le domaine de la santé n’en est qu’à ses débuts en France. Aujourd’hui, malheureusement, le pharmacien peut se retrouver démunis face aux ordonnances dématérialisées et leurs modes d’obtention, lui qui doit respecter des règles de délivrances strictes et parfois non applicables.Le pharmacien est aujourd’hui seul décisionnaire et responsable vis-à-vis de la délivrance des ordonnances dématérialisées, sans recommandations claires et avec des outils d’aide à la dispensation limités.Le rôle du pharmacien, d’analyse et de conseils, est alors plus que jamais indispensable afin d’assurer une prise en charge sécurisée pour le patient.Dans un futur proche, la généralisation de la prescription électronique devrait voir le jour. Cette solution pourrait apporter énormément de réponses aux questions actuelles et permettrait d’harmoniser les pratiques des professionnels de santé vis-à-vis de la délivrance des médicaments prescrits sur des ordonnances dématérialisées