Multiscale modeling

Modélisation - Théorie fonctionnelle de la densité - Dynamique moléculaire basée sur les potentiels d'interaction - Eléments finis

Physique du solide, Chimie du solide, Cristallographie, Mécanique quantique, Physique statistique, Thermodynamique

Connaissance des atouts et limites de différentes approches de modélisation en science des matériaux

L'objectif de ce cours est pour les étudiants d'avoir un aperçu des méthodes de modélisation des matériaux, 
d'apprendre comment elles interagissent entre elles, et comment elles peuvent être complémentaires aux 
approches expérimentales afin de relever des défis à la fois théoriques et industriels. Ce cours pratique 
enseignera aux étudiants trois méthodes différentes à trois échelles différentes, avec des applications 
dans plusieurs domaines (science des surfaces, mécanique, dommages causés par les radiations). 
Les simulations seront réalisées sur le supercalculateur EXPLOR.

De nos jours, la modélisation des matériaux est essentielle pour concevoir de nouveaux matériaux, ainsi que pour prédire leurs propriétés. 
Les simulations numériques peuvent également donner une interprétation détaillée des observations expérimentales. Pour atteindre ces objectifs, 
les calculs doivent être suffisamment précis et couvrir de grandes échelles de longueur et de temps. Dans ce cours nous proposons une introduction 
aux méthodes de modélisation à plusieurs échelles différentes

- l'échelle atomique, avec la théorie de la fonctionnelle de la densité

- l'échelle moléculaire, avec une approche basée sur des potentiels empiriques ajustés aux données expérimentales et/ou des calculs ab initio.

- l'échelle macroscopique, avec une méthode d'éléments finis

Session #1 - Introduction aux méthodes ab initio : paramètres de convergence et énergie de cohésion
Session #2 - Étude des propriétés volumiques des matériaux : paramètre de réseau, module de compressibilité et Densité d'états 
Session #3 - Propriétés de surface
Session #4 - Calcul atomique des constantes élastiques des métaux (isotropie, anisotropie)
Session #5 - Calcul méso-échelle du module d'Young des métaux (cas mono et poly-cristaux)
Session #6 - Etude en dynamique moléculaire des dommages causés par les radiations dans Fe
Séance #7 - Examen

Pour l'examen, les étudiants recevront un article qui utilise une méthode de modélisation (ab initio, dynamique moléculaire et/ou des modèles d'éléments
 finis) pour étudier un problème scientifique. Ils devront préparer une présentation orale de l'article, en reliant les résultats aux méthodes étudiées 
en classe et à leurs propres résultats.

bases de la théorie de la fonctionnelle de la densité, de la dynamique moléculaires, de la modélisation en mécanique (éléments finis)

comment les différentes méthodes de modélisation des matériaux se complètent

des tutoriels pratiques pour apprendre à utiliser les méthodes ab initio, la dynamique moléculaires et les méthodes des éléments finis

choisir la bonne méthode pour un problème donné et ajuster les paramètres pour s'assurer que la simulation est correcte par 
comparaison avec les expériences et les propriétés attendues.

Préparer une présentation pédagogique de ses propres travaux et d'articles choisis dans la littérature