Cellular automata modelling of intergranular corrosion
Modélisation de la corrosion intergranulaire par automates cellulaires
Résumé
Cellular Automata (CA) modelling is a lattice representation into identical cells related between one another and with their neighbourhood by a set of rules which determine the system's evolution. Within this approach it is possible to model various phenomena in different domains of which physics, biology or chemistry. Important advances concerning the modelling of corrosion within the CA framework have been accomplished recently at the CEA. Existing 2D models have succesfully been generalized to more realistic 3D representations, as well as the modelling of the coupling between anodic and cathodic reactions. This has made it possible within a single framework to model generalized and localized corrosion (pitting, occluded corrosion). The PhD proposed falls in the continuation of a previous thesis and should shed new light in the modelling of phenomena appearing in intergranular corrosion (IGC). The CA approach is indeed well adapted to describe process involving moving boundaries (which is indeed the case in IGC) and to model systems where there exist parameters describing stochastic process - singularity of composition at grain boundaries, presence of clusters, local segregations of impurities inducing local variations of reactivity. We shall study in particular the effect of the concentrations of the electrolytes and of the oxidising ions. A main objective of the PhD is to introduce the notions of kinetics of the anodic and cathodic electrochemical reactions in the IGC model that shall be developped. This model will take into account diffusion of species in the electrolyte (we will try to improve the CPU-GPU specific algorithm implemented in parallel computation in the CUDA environment), we shall verify advances in the modelling by testing quantitative predictions for IGC obtained within the CA approach.
La modélisation par la méthode des automates cellulaires (AC) consiste à paver un espace avec un réseau de cellules identiques, qui communiquent entre elles et avec leurs voisinages au travers de règles qui déterminent leurs évolutions temporelles. On peut ainsi modéliser différents phénomènes par exemple physiques, biologiques, chimiques. D’importantes avancées concernant la modélisation de la corrosion par la méthode des AC ont été réalisées récemment au CEA. Le passage en 3D de certains modèles 2D existants a été notamment réalisé avec succès, de même que le couplage des réactions anodiques et cathodiques. Cela a permis de simuler avec le même modèle la corrosion généralisée et la corrosion localisée (piqûration, corrosion occluse). La thèse proposée ici se situe dans le prolongement de la thèse précédente et permettra d’apporter un éclairage nouveau sur la modélisation des phénomènes intervenant dans la corrosion intergranulaire (CIG). La méthode des AC est en effet particulièrement adaptée pour l’étude de phénomènes mettant en jeu des frontières mobiles (ce qui est particulièrement le cas en CIG), pour modéliser des processus où interviennent des paramètres ayant un caractère stochastique, comme les singularités de composition aux joints de grains, présence d’amas, ségrégations locales d’impuretés, engendrant des variations locales de réactivité. On étudiera en particulier l’effet de variations de la concentration de l’électrolyte en ions oxydants. Un des objectifs majeurs de la thèse sera de parvenir à un introduire des notions de cinétique des réactions électrochimiques anodique et cathodique dans le modèle de CIG qui sera développé. Ce dernier prenant par ailleurs en compte la diffusion des espèces dans l’électrolyte (dont on tentera d'améliorer l'algorithme CPU- GPU spécifique implémenté en parallèle avec le langage CUDA), on effectuera ainsi des avancées concernant le caractère quantitatif des prédictions issues de modèles de CIG par automates cellulaires.
Domaines
Chimie analytique
Origine : Version validée par le jury (STAR)