Tommaso Vinci. Simuler le noyau terrestre à l aide des lasers de haute énergie

Transcription

1 Post-doc dirigé par Stéphane Mazevet CEA - DAM DIF Financée par ANR Simuler le noyau terrestre à l aide des lasers de haute énergie 27 octobre 2008 tommaso.vinci@polytechnique.edu

2 Projet de recherche Problème: manque de données sur la structure interne de la terre Projet ANR «SECHEL» Simulating Earth Core using High Energy Laser ( énergie (simuler le noyau terrestre avec les lasers de haute 1/9

3 Projet de recherche Problème: manque de données sur la structure interne de la terre Projet ANR «SECHEL» Simulating Earth Core using High Energy Laser M. Koenig S. Mazevet T. de Resseguier F. Guyot But: reproduire en laboratoire les conditions de l'intérieur terrestre 1/9

4 Tomographie séismique Séisme épicentre Les tremblements de terre permettent de déduire la densité et la pression de l'intérieur de la terre, mais la courbe de fusion du fer à haute pression reste peu connue et les modèles géophysiques diffèrent < 140 GPa 140 < 300 GPa 300 < 360 GPa Manteau Noyau liquide Noyau solide 100 GPa = 1 million de fois But du projet ANR: la pression atmosphérique recréer et étudier pour la première fois en laboratoire du fer dans les conditions du cœur terrestre 2/9

5 Descendant au centre de la terre ( matter Domaine de la matière dense et tiède (WDM: Warm dense 3/9

6 Quelle est la phase du Fer? On ne connaît pas la structure et la phase du fer au centre de la terre 3/9

7 Comment atteindre ce domaine? Les méthodes actuelles n'arrivent pas dans la région qui nous intéresse 3/9

8 Comment atteindre ce domaine? Une compression «douce» isentropique ne chauffe pas trop la matière 3/9

9 Technique expérimentale Une isentrope chaude est nécessaire pour atteindre le «centre de la terre» 3/9

10 Compression isentropique Techniques «Z-pinch» Sandia années '90 «laser» Omega, LLNL, ILE, LULI depuis 2-3 ans Problème avec le laser : il dépose l énergie trop rapidement Technique de profilage Fer 15 µm Technique du réservoir Fer 5 µm Vide 200 µm Fenêtre Saphir 100 µm Profileur laser: financement ANR Réservoir Plastique 50 µm Fenêtre Saphir 100 µm 4/9

11 Simulations hydrodynamiques Réservoir Vide Fer Fenêtre Interface Fer-Fenêtre Étapes Rampe LULI: 200 GPa les attaque conditions laser du cœur terrestre explosion (300 du GPa) réservoir seront détente atteintes dans sur le vide les nouvelles stagnation installation compression CEA: LIL Hugoniot Simulation Isentrope Optimisation de la cible pour + compression - chauffage 5/9

12 Simulations multi échelle Il faut tenir compte des changement de phase car elles affectent la vitesse mesurée ( micro ) Couplage entre hydrodynamique (macro) et dynamique moléculaire macro Interaction laser plasma, stagnation et compression Réservoir Vide Fer Fenêtre Fer micro On donne une accélération constant en simulant un piston qui pousse million d'atomes! Calcul intensif sur machines massivement parallèles processeurs 6/9

13 Résultats test sur Aluminium On commence par valider la méthode sur une cible d'aluminium 1 micron = 1/1000 mm Code couleurs: paramètre de structure Comment on dépasse la limite elasto-plastique dans un réseau? Structure cristalline en face cubique centrée Déformation Plasticité 7/9

14 Plasticité dans l Aluminium Code couleurs: paramètre de structure Zoom sur la partie centrale de la cible Durée de la simulation: 300 picosecondes 8/9

15 Conclusions et perspectives Ce qu'on a fait en ) adaptation des codes hydro : traitement du vide et profilage laser 2) mise au point des cibles pour l'expérience début 2009 au LULI 3) faisabilité des expériences futures avec des bonnes perspectives pour LIL 4) premier couplage entre simulations hydro et dynamique moléculaire classique 5) premières simulations sur Al : formation de dislocations jusqu'à présent négligées Ce qu'il «reste à faire» 1) augmentation du nombre de particules et variation de la rampe de compression pour mieux caractériser l'apparition des dislocations 2) validation des schémas d'analyse des données expérimentales basées sur un approche hydrodynamique 3) passage au Fer : effets de changements de phase solide-solide 9/9

16 Merci