Simulation et expérimentation sur ordinateur

"Le résultat de ces processus microscopiques peut ensuite être examiné au microscope électronique, " dit Stefan Eder. " Vous pouvez voir comment la structure du grain de la surface a changé. Cependant, il n'a pas encore été possible d'étudier l'évolution temporelle de ces processus et d'expliquer exactement ce qui cause quels effets à quel moment."

Cette lacune est maintenant comblée par de grandes simulations de dynamique moléculaire développées par l'équipe de tribologie de la TU Wien en coopération avec l'Excellence Centre of Tribology (AC²T) de Wiener Neustadt et l'Imperial College de Londres :atome par atome, les surfaces sont simulées sur ordinateur. Plus le morceau de matériau simulé est grand et plus la période de temps simulée est longue, plus la puissance de l'ordinateur est nécessaire. "Nous simulons des sections d'une longueur de côté allant jusqu'à 85 nanomètres, sur une période de quelques nanosecondes, " dit Stefan Eder. Cela n'a pas l'air de beaucoup, mais c'est remarquable :même le Vienna Scientific Cluster 4, Le plus grand supercalculateur d'Autriche, peut parfois être occupé avec de telles tâches pendant des mois à la fois.

L'équipe a étudié l'usure des alliages de cuivre et de nickel, et l'a fait en utilisant différents rapports de mélange des deux métaux et différentes charges mécaniques. "Nos simulations informatiques ont révélé exactement la variété des processus, changements microstructuraux et effets d'usure déjà connus expérimentalement, " explique Stefan Eder. " Nous pouvons utiliser nos simulations pour produire des images qui correspondent exactement aux images du microscope électronique. Cependant, notre méthode a un avantage décisif :nous pouvons alors analyser le processus en détail sur l'ordinateur. Nous savons quel atome a changé de place à quel moment, et qu'est-il arrivé exactement à quel grain dans quelle phase du processus."

Comprendre l'usure — Optimiser les processus industriels

Les nouvelles méthodes suscitent déjà un grand intérêt de la part de l'industrie :« Depuis des années, il y a eu une discussion en cours sur le fait que la tribologie pourrait bénéficier de simulations informatiques fiables. Nous avons maintenant atteint un stade où la qualité des simulations et la puissance de calcul disponible sont si grandes que nous pourrions les utiliser pour répondre à des questions passionnantes qui ne seraient pas accessibles autrement, " dit Carsten Gachot. A l'avenir, ils veulent aussi analyser, comprendre, et améliorer les procédés industriels au niveau atomique.