Approche systématique des propriétés thermophysiques, mécaniques et de rupture des verres SiO₂-B2O₃-Na₂O par dynamique moléculaire

Systematic Approach to Thermo-physical, Mechanical and Fracture Properties of SiO₂-B2O₃-Na₂O Glasses Using Molecular Dynamics Simulations

• Auteur / Autrice : Michel Bertrand Mama Toulou
• Direction : Cindy Rountree, Paul Fossati
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 18/01/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Service de physique de l'état condensé (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : : Agence nationale de la recherche (France) - GENCI
• Jury : Président / Présidente : Etienne Barthel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tanguy Rouxel, Simona Ispas, Maxime Vassaux, Anne Tanguy, Fabrice Célarié
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Tanguy Rouxel, Simona Ispas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Recherche

Matériaux -- Propriétés mécaniques

Rupture, Mécanique de la

Dynamique moléculaire

Verre d'oxydes

Mots clés libres

Verres d'oxydes

Dynamique moléculaire

Ténacité

Propriétés structurelles

Propriétés mécaniques

Enthalpie de mélange

Oxide glass

Molecular dynamics simulations

Fracture toughness

Structural properties

Mechanical properties

Enthalpy of mixing

Résumé

Les verres sont des matériaux complexes qui n'ont d'ordre qu'à courte distance. Leurs propriétés peuvent varier en fonction de leurs compositions, affectant par exemple leurs stabilités et ténacités. À ce jour, les mécanismes de stabilité dans les verres silicatés restent mal compris et l'étude de leurs propriétés mécaniques et de rupture ont toujours un grand intérêt pour les chercheurs et industriels. Pour étudier ces problématiques, des modèles simplifiés des verres réels sont généralement utilisés. Ces modèles de verres ont souvent moins de quatre types d'oxydes.Dans le cadre de ces travaux, les oxydes considérés sont SiO₂,B2O₃ et Na₂O.Certains étudient ces verres expérimentalement, d'autres numériquement. L'étude expérimentale est souvent limitée par le nombre de propriétés qu'on peut étudier à l'aide d'un échantillon de verre. Cela peut donc prendre beaucoup de temps et être excessivement coûteux en termes d'échantillons, d'équipement et de temps de manipulation. Les études numériques telles que la dynamique moléculaire permettent de remédier à ce type de situation lorsqu'on veut avoir une vue d'ensemble sur de multiples propriétés en explorant toute une large gamme de compositions. Cette thèse a donc pour but d'utiliser le borosilicate de sodium comme verre simplifié et étudier grâce à la dynamique moléculaire une large gamme de ses compositions pour en tirer des propriétés structurelles, thermodynamiques, mécaniques et de fracture.

Glasses are complex materials lacking long-range order. Their properties vary depending to their chemical composition, affecting for example their stability and fracture properties.Our understanding of glass stability remains limited and their mechanical and fracture properties are still subject of interest for both researchers and industrials. To understand the behavior of glasses, researchers frequently simplify them by considering only the principal oxides. This reduces the complexity of the glass systems. The study can be experimentally or numerically. Experimental studies are limited to specific compositions for a few properties due to sample loss and costs in terms of equipment or time. Numerical investigations, including molecular dynamics simulations, permit studies of multiple composition and give access to multiple material properties without worry of sample loss. This PhD thesis examines sodium borosilicate glasses in the glass forming composition and reports on structural, thermodynamical, mechanical and fracture properties.