Study of radiation damage and defect evolution in nanostructured metals via atomistic and meso-scale simulation techniques

Étude des effets d'irradiation et évolution des défauts dans les métaux nanostructurés par des techniques de simulation à l'échelle méso et atomistique L'objectif de cette thèse est d'utiliser des techniques numériques pour explorer les mécanismes et les caractéristiques de la formation de défauts produits par l'irradiation, et ainsi expliquer comment ils contribuent à la tolérance accrue aux rayonnements des matériaux nanostructurés.Afin de comprendre les raisons de cette résilience, et pour prédire comment ces matériaux évolueront dans le temps lorsque soumis aux radiations, une caractérisation approfondie des défauts engendrés par ces rayonnements est nécessaire. Nous avons ainsi utilisé des techniques numériques pour étudier ces dommages sur toute la gamme d'échelles de longueur et de temps pendant lesquelles ils se développent, en mettant l'accent sur l'impact de la microstructure et de la configuration des défauts.Cette tâche a été abordée dans cette thèse en plusieurs étapes. Tout d'abord, nous avons commencé par un examen atomistique de l'impact que la configuration atomique locale peut avoir sur les propriétés des défauts radio-induits. Nous avons étudié la variation d'énergie de formation des lacunes en fonction de la distribution des éléments dans le binaire uranium-zirconium et l'influence des configurations des défauts sur leur énergies de formation et liaison dans le niobium pur. Ainsi, nous avons observé que l'arrangement atomique local et la configuration des défauts influencent les propriétés et la stabilité desdits défauts, et doivent être pris en compte lors du processus de caractérisation.Deuxièmement, nous avons étudié les mécanismes d'accumulation des dommages engendrés par l'irradiation dans le niobium et l'or nanoporeux. Il a été observé que de telles structures présentent une tolérance aux rayonnements, et nous avons examiné la dépendance de ce comportement sur l'échelle de longueur caractéristique de la structure nanoporeuse. Nous avons ensuite examiné comment les dommages accumulés modifient le comportement mécanique des structures irradiées. Ainsi, nous avons mis en évidence que les mécanismes d'accumulation des dommages variaient avec l'échelle de longueur caractéristique du système et que le comportement mécanique présentait une réponse dépendante de la dose.Ensuite, nous nous sommes concentrés sur la technique de simulation de la dynamique moléculaire en implémentant et en validant le potentiel interatomique EGTB, récemment développé, dans le code de dynamique moléculaire LAMMPS. Avec ce potentiel, nous avons exploré une méthode alternative de simulation des dommages dus aux radiations basée sur la méthode d'approximation binaire des collisions.Enfin, nous proposons un modèle de champ de phase pour la ségrégation induite par le rayonnement. Ce modèle permet d'étudier la dégradation des propriétés d'un alliage binaire homogène suite à la démixtion induite par les rayonnements, ce qui peut avoir un impact considérable sur les propriétés mécaniques du matériau.