Fragmentation d’une nappe liquide soumise à un fort gradient de vitesse initial // Fragmentation of a liquid sheet subjected to a strong initial velocity gradient

Lorsqu'une onde de choc se réfléchit sur la surface libre d'un échantillon métallique, elle interagit avec des hétérogénéités
géométriques (assimilées à des défauts) produites par exemple par un outil d'usinage. La réflexion du choc suivie de la détente du
matériau dans son milieu environnant peut provoquer, pour des pressions suffisamment élevées, l'éjection à très grande vitesse
(plusieurs milliers de m/s) de nappes de métal en phase liquide, devant la surface libre. Ces nappes s'étirent, se fragmentent, et
donnent naissance à un nuage de particules susceptible de perturber le fonctionnement de certaines expériences. Ce processus est
très difficile à caractériser expérimentalement et à simuler car il se produit à des échelles spatio-temporelles difficiles d'accès, et il fait intervenir une physique de rupture de la matière que les codes de calcul actuels utilisant les équations de l'hydrodynamique ne
permettent pas de reproduire de manière naturelle.
La thèse a pour objectif de répondre à ce dernier point. Elle vise, en s'appuyant notamment sur des analyses théoriques, à prendre
en compte dans les simulations les processus de fragmentation lorsque la matière, décrite par une approche continue
(hydrodynamique), est soumise à de très forts taux de déformation. Une des perspectives est d'aboutir à une prédiction des
distributions en tailles des particules créées à l'issue de la fragmentation des nappes en fonction de leur vitesse, et de les confronter
aux données expérimentales disponibles.
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When a shock wave reflects off the free surface of a metal sample, it interacts with geometric irregularities (treated as defects such as those caused by a machining tool). At sufficiently high pressures, the shock reflection, followed by the material's expansion into the surrounding medium, can trigger the high-speed ejection (several thousand m/s) of liquid-phase metal sheets from the free surface. These sheets stretch and fragment, creating a particle cloud that can interfere with certain experiments. This process is extremely difficult to characterize experimentally or simulate, as it occurs at challenging spatio-temporal scales and involves material fracture physics that current computational codes based on hydrodynamic equations cannot naturally reproduce.
This thesis aims to address this specific issue. Drawing notably on theoretical analyses, it seeks to incorporate fragmentation processes into simulations where the material, modeled using a continuum (hydrodynamic) approach, is subjected to very high strain rates. One of the objectives is to predict the size distributions of the particles resulting from sheet fragmentation as a function of their velocity and to compare these predictions with available experimental data.
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Pôle fr : Direction des Applications Militaires
Pôle en : Military Applications
Département : Département physique, expériences et modèles
Service : DPEM
Laboratoire : DPEM
Date de début souhaitée : 01-11-2026
Ecole doctorale : Ecole Doctorale de l’Institut Polytechnique de Paris (IP Paris)
Directeur de thèse : JOSSERAND Christophe
Organisme : Ecole Polytechnique
Laboratoire : LadHyx

Financement public/privé

Pôle fr : Direction des Applications Militaires
Pôle en : Military Applications
Département : Département physique, expériences et modèles
Service : DPEM

Hydrodynamique/Mathématiques