Thèse soutenue

Physique de la croissance cristalline pour les métamorphoses de neige sèche : caractérisation et modélisation des effets cinétiques
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Auteur / Autrice : Rémi Granger
Direction : Christian GeindreauFrédéric Flin
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
Date : Soutenance le 17/12/2019
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sols, solides, structures - risques (Grenoble)
Jury : Président / Présidente : Luc Salvo
Examinateurs / Examinatrices : Wolfgang Ludwig
Rapporteurs / Rapporteuses : Ian Baker, Etsuro Yokoyama

Résumé

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L'objectif principal de la thèse est d'améliorer la compréhension des phénomènes de facettage observables lors des métamorphoses de la neige sèche.La thèse se concentre sur les couplages entre la cinétique de croissance cristalline et la diffusion de la vapeur et de la chaleur. Pour la première fois, la tomographie par contraste de diffraction (DCT) a été utilisée pour suivre l'évolution d'un échantillon de neige sous gradient de température contrôlé.La technique permet de mesurer l'orientation cristalline des grains constituant la microstructure de l'échantillon.Les relations entre l'orientation cristalline et les échanges de matière ont étés analysés. L'étude montre que les différences de cinétique entre les faces basales et prismatiques des cristaux de glace influencent les flux de matière à l'interface air/glace.Sur le plan de la simulation numérique, une forte anisotropie du coefficient cinétique a été prise en compte dans l'évolution de l'interface air/glace. Le modèle développé utilise la méthode du champ de phase et couple le changement de phase à la diffusion de la vapeur et de la chaleur.Le modèle a été comparé d'une part à une expérience de migration d'une cavité d'air dans un monocristal de glace sous gradient de température, observée par microtomographie à rayons X et d'autre part, à la croissance d'un cristal négatif de glace lors d'une expérience de pompage suivie par microscopie optique. L'anisotropie prise en compte permet de reproduire le facettage observé. Enfin, le potentiel du modèle numérique proposé pour décrire les métamorphoses de la neige est mis en évidence.