Modèles de champ de phase de type Cahn-Hilliard:
modélisation et conditions aux limites
Alain Miranville
Université de Poitiers
L’équation de Cahn-Hilliard
Proposée à la fin des années 1950 (J.W. Cahn et J.E. Hilliard)
Très importante en science des matériaux : décrit les processus de séparation
de phase dans des alliages métalliques binaires (exemple : Aluminium/Zinc)
Nucléation partielle
Nucléation totale : décomposition spinodale
Coalescence
Importants pour les propriétés mécaniques ou le vieillissement
Equation de Cahn-Hilliard :
u
t+κα2uκf(u) = 0
u: paramètre d’ordre (densité d’atomes)
Composants A et B : u=uAet uB=1uA(uA+uB=1)
κ: mobilité (constante strictement positive)
α > 0 : liée à la tension surfacique à l’interface
Remarques :
a) On peut écrire l’équation sous la forme
u
t+κ2uκ
f(u) = 0
 > 0 : liée à l’épaisseur de l’interface
b) Modèle à interface diffuse :
L’interface est d’épaisseur non nulle
Le paramètre d’ordre varie continument entre 0 et 1
Modèles de champ de phase : à comparer aux modèles à interface raide
(exemple : modèle de Stefan)
c) En géneral, on fait un changement d’échelle : u2u1
2
uprend ses valeurs entre 1 et 1
1 et 1 : états purs
f: dérivée d’un potentiel à 2 puits F
Choix usuel :
F(s) = 1
4(s21)2,f(s) = s3s
Approximation de potentiels logarithmiques (obtenus à partir d’un modèle de
champ moyen) :
F(s) = θ0s2+θ1((1+s)ln(1+s)+(1s)ln(1s))
s(1,1),0< θ1< θ0
f(s) = 2θ0s+θ1ln 1+s
1s,s(1,1)
Termes logarithmiques : liés à l’entropie de mélange
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