Section: New Results

Applications du maillage à des problèmes multi-physiques, développement de méthodes de résolutions avancées et modélisation électromagnetisme-thermique-mécanique à l'échelle mesoscopique

Participants: Dominique Barchiesi [correspondant], Abel Cherouat, Thomas Grosges, Houman Borouchaki, Laurence Giraud-Moreau, Sameh Kessentini, Anis Chaari, Fadhil Mezghani

Validité du projet: 2009-2015 (thèse de Fadhil Mezghani initiée en 2012 coencadrée par D. Barchiesi et A. Cherouat).

Production scientifique: 1 thèse soutenue (S. Kessentini, 22/10/2012), 9 articles publiés, 4 conférences.

Le contrôle et l'adaptation du maillage lors de la résolution de problèmes couplés ou/et non linéaires reste un problème ouvert et fortement dépendant du type de couplage physique entre les EDP à résoudre. Notre objectif est de développer des modèles stables afin de calculer les dilatations induites par l'absorption d'énergie électromagnétique, par des structures matérielles inférieures au micron. Les structures étudiées sont en particulier des nanoparticules métalliques en condition de résonance plasmon. Dans ce cas, un maximum d'énergie absorbée est attendu, accompagné d'un maximum d'élévation de température et de dilatation. Il faut en particulier développer des modèles permettant de simuler le comportement multiphysique de particules de formes quelconques, pour une gamme de fréquences du laser d'éclairage assez étendue afin d'obtenir une étude spectroscopique de la température et de la dilatation. L'objectif intermédiaire est de pouvoir quantifier la dilatation en fonction de la puissance laser incidente. Le calcul doit donc être dimensionné et permettre finalement des applications dans les domaines des capteurs et de l'ingénierie biomédicale. En effet, ces nanoparticules métalliques sont utilisées à la fois pour le traitement des cancers superficiels par nécrose de tumeur sous éclairage adéquat, dans la fenêtres de transparence cellulaire. Déposées sur un substrat de verre, ces nanoparticules permettent de construire des capteurs utilisant la résonance plasmon pour être plus sensibles (voir projet européen Nanoantenna et l'activité génération de nombres aléatoires). Cependant, dans les deux cas, il est nécessaire, en environnement complexe de déterminer la température locale, voire la dilatation de ces nanoparticules, pouvant conduire à un désaccord du capteur, la résonance plasmon étant très sensible aux paramètres géométriques et matériels des nanostructures. Dans ce sens, l'étude permet d'aller plus loin que la << simple >> interaction électromagnétique avec la matière du projet européen Nanoantenna.

Le travail de l'année 2013 a constitué en la poursuite de la pré-étude des spécificités de ce type de problème multiphysique pour des structures de forme simple et la mise en place de fonctions test, de référence, pour les développements de maillage adaptatifs pour les modèles multiphysiques éléments finis. Nous espérons pouvoir proposer un projet ANR couplant les points de vue microscopiques et macroscopiques dans les deux années qui viennent.