Les procédés d'élaboration sous champ magnétique étudiés au laboratoire sont appliqués à divers types de matériaux : métaux, semi-conducteurs, oxydes. Les exigences de qualité sont incontournables tant en terme de structure que de composition. Cette problématique nécessite dans de nombreux cas une modélisation complète et tridimensionnelle du procédé prenant en compte tous les phénomènes physiques et leur interaction. Actuellement nous concentrons nos efforts sur les effets 3D et sur les couplages forts (propriétés variants fortement avec la température). Cette activité s'appuie d'une part sur le développement de nouveaux outils numériques (couplage fort multi méthodes, multi maillages, méthode intégrale pour l'électromagnétisme en haute fréquence) et d'autre part sur l'adaptation de logiciels commerciaux à nos problèmes (couplages de logiciels, Flux/Fluent, Flux-Expert/Fluent, développements de modèles).
Modélisation des phénomènes électromagnétique 3D
La modélisation 3D des phénomènes électromagnétiques à des fréquences élevées nécessite des outils adaptés à la fine épaisseur de peau électromagnétique. Les applications concernées sont : les systèmes inductifs à fréquence élevée, le creuset froid pour la vitrification et les systèmes inductifs en présence de matériaux magnétiques. Dans ce domaine nous utilisons deux méthodes numériques : la méthode des éléments finis dont le spectre d'applications est large et la méthode intégrale dédiée aux systèmes inductifs (creuset froid, coulée continue...). Dans le cadre de la méthode des éléments finis, nous travaillons sur les algorithmes de maillage 3D avec génération d'un maillage automatique de la peau électromagnétique et sur la modélisation des matériaux magnétiques non linéaires dans des champs magnétiques moyenne fréquence. Parallèlement nous poursuivons le développement de la méthode intégrale pour la modélisation des configurations fortement 3D et des culasses (linéaire). En 2007 de nouveaux travaux ont débuté sur la modélisation du chauffage micro-ondes pour l'élaboration de multi matériaux (collaboration avec les groupes GPM2 et PMD).
Modélisation 3D des phénomènes couplés
Notre objectif dans le cadre de la modélisation numérique des couplages 3D de phénomènes physiques est de mettre au point des outils performants nous permettant de couvrir les diverses problématiques rencontrées au laboratoire et d'acquérir une expertise pour ces modélisations 3D. Les interactions entre ces phénomènes physiques sont pilotées par les termes sources, par les propriétés physiques, par les termes de convection et par les interfaces libres (projet MAGLEV). Les méthodes numériques et les algorithmes de couplages diffèrent suivant les cas. Les projets concernés sont les suivants :
- Modélisation 3D de la vitrification de déchets radioactifs en creuset froid avec prise en compte du brassage mécanique et du bullage (collaboration CEA Valrho),
- Modélisation d'un procédé de dézincification de fonte liquide dans un four à induction (collaboration avec l'école Centrale le Lille),
- Modélisation du chauffage par induction de sels fondus (collaboration CEA Valrho).
Modélisation des interfaces libres 3D
Ces travaux concernent la modélisation numérique des interfaces libres qu'il s'agisse des surfaces libres liquide/gaz ou d'interfaces liquide/solide lors de la solidification du matériau élaboré. L'objectif de cette recherche est de mettre au point des modèles fiables adaptés à chaque cas. D'une part nous étudions les techniques de suivi d'interface, de recherche d'interface, d'apparition et disparition de certains domaines et les modèles des phénomènes physiques aux interfaces.
Les outils dédiés - simulateurs
Dans ce contexte nous envisageons le développement d'algorithmes d'analyse de sensibilité dans le but d'identifier les paramètres importants. Objectif finalisé : optimisation d'installation avec la possibilité d'exploiter des techniques de plan d'expérience en numérique. Du point de vue des études de procédés les paramètres sont géométriques et physiques. Du point de vue numérique les paramètres sont le maillage, les algorithmes de résolution de système et de couplage.
Permanents
- Y. Duterrail
- A. Gagnoud