Fatima Zohra Abderrahim - Doctorante
Equipe : Métaux et Alliages
Encadrant : Dr. H. I. Faraoun
E-mail : [email protected]
Equipe : Métaux et Alliages
Encadrant : Dr. H. I. Faraoun
E-mail : [email protected]
Magister en Physique
Option: Physique de la Matière Condensée et des Semiconducteurs. Université Abou Bekr Belkaïd de Tlemcen.
Intitulée: Etude par les techniques de datamining des propriétés des carbures et des nitrures des métaux de transition.
Soutenue en juin 2009
Intitulée: Etude par les techniques de datamining des propriétés des carbures et des nitrures des métaux de transition.
Soutenue en juin 2009
Résumé des principaux résultats
Dans le cadre de ce travail nous nous sommes intéressés à l’étude des carbures et des nitrures des métaux de transition. Ces matériaux sont connus comme des alliages à propriétés mécaniques supérieures, en particulier à haute température.
Pour effectuer notre étude, nous nous sommes basés sur une nouvelle manière de représenter et d’analyser l’information. Il s’agit d’un nouvel axe en devenir baptisé « Génome des matériaux », destinée à la conception de nouveaux matériaux en utilisant les techniques du Datamining. Il s’agit, en bref, d’extraire des connaissances à partir des données.
La question principale de notre travail était : comment à partir d’une série de propriétés (variables) obtenues sur un ensemble de carbures et de nitrures des métaux de transition peut-on avoir :
• des variables résumant le mieux l’information?
• un bilan de liaison entre les variables ?
• une représentation plane optimale des individus (l’ensemble des carbures et des nitrures) ?
L’ACP est une méthode exploratrice qui utilise des concepts de l’algèbre linéaire et de la géométrie et permet de résoudre en partie cette problématique. En effet, en supposant que les individus peuvent être représentés par un nuage de points dans un espace de dimension finie, l’ACP cherche un sous-espace tel que la projection du nuage initial sur ce sous-espace déforme le moins possible l’information portée par les variables initiales.
L’outil informatique met à la disposition du chercheur une gamme de logiciels (par exemple XLSTAT utilisé dans notre étude) permettant de traduire en termes de procédures toute la démarche théorique de l’ACP :
• centrage et réduction des données brutes ;
• bilan des liaisons entre les variables ;
• mise en évidence de variables synthétiques ;
• représentation plane (ou sur un sous-espace de faible dimension) optimale des individus.
Dans notre étude, l’ACP a permis de mettre en évidence des résultats que nous aurions eus peu de chances de trouver avec d’autres méthodes statistiques. Ces résultats donnent des indications sur le comportement des carbures et des nitrures des métaux de transition.
L’ACP a montré dans une première étape que les propriétés mécaniques (la dureté par exemple) sont expliquées par les propriétés fondamentales du matériau (l’enthalpie de formation, le nombre des électrons de valence, l’énergie de cohésion…)
Nous avons également relevé dans une seconde étape une tendance entre les propriétés des carbures et des nitrures qui se traduit par une corrélation significative entre la structure cristalline, le nombre des électrons de valence et la dureté, ceci étant en effectuant une ACP sur une base de données comprenant des valeurs de la densité d’états électroniques DOS calculées pour un ensemble de carbures et de nitrures de métaux de transition.
Ces résultats permettent d’engager de nouvelles réflexions et peuvent nous servir pour la conception de nouveaux matériaux.
Enfin nous pensons que la technique de l’ACP peut être bénéfique dans de nombreuses situations d’analyse de données complexes, et mérite d’être diffusée plus largement au sein de la communauté travaillant sur la prédiction et la conception de nouveaux matériaux.
Pour effectuer notre étude, nous nous sommes basés sur une nouvelle manière de représenter et d’analyser l’information. Il s’agit d’un nouvel axe en devenir baptisé « Génome des matériaux », destinée à la conception de nouveaux matériaux en utilisant les techniques du Datamining. Il s’agit, en bref, d’extraire des connaissances à partir des données.
La question principale de notre travail était : comment à partir d’une série de propriétés (variables) obtenues sur un ensemble de carbures et de nitrures des métaux de transition peut-on avoir :
• des variables résumant le mieux l’information?
• un bilan de liaison entre les variables ?
• une représentation plane optimale des individus (l’ensemble des carbures et des nitrures) ?
L’ACP est une méthode exploratrice qui utilise des concepts de l’algèbre linéaire et de la géométrie et permet de résoudre en partie cette problématique. En effet, en supposant que les individus peuvent être représentés par un nuage de points dans un espace de dimension finie, l’ACP cherche un sous-espace tel que la projection du nuage initial sur ce sous-espace déforme le moins possible l’information portée par les variables initiales.
L’outil informatique met à la disposition du chercheur une gamme de logiciels (par exemple XLSTAT utilisé dans notre étude) permettant de traduire en termes de procédures toute la démarche théorique de l’ACP :
• centrage et réduction des données brutes ;
• bilan des liaisons entre les variables ;
• mise en évidence de variables synthétiques ;
• représentation plane (ou sur un sous-espace de faible dimension) optimale des individus.
Dans notre étude, l’ACP a permis de mettre en évidence des résultats que nous aurions eus peu de chances de trouver avec d’autres méthodes statistiques. Ces résultats donnent des indications sur le comportement des carbures et des nitrures des métaux de transition.
L’ACP a montré dans une première étape que les propriétés mécaniques (la dureté par exemple) sont expliquées par les propriétés fondamentales du matériau (l’enthalpie de formation, le nombre des électrons de valence, l’énergie de cohésion…)
Nous avons également relevé dans une seconde étape une tendance entre les propriétés des carbures et des nitrures qui se traduit par une corrélation significative entre la structure cristalline, le nombre des électrons de valence et la dureté, ceci étant en effectuant une ACP sur une base de données comprenant des valeurs de la densité d’états électroniques DOS calculées pour un ensemble de carbures et de nitrures de métaux de transition.
Ces résultats permettent d’engager de nouvelles réflexions et peuvent nous servir pour la conception de nouveaux matériaux.
Enfin nous pensons que la technique de l’ACP peut être bénéfique dans de nombreuses situations d’analyse de données complexes, et mérite d’être diffusée plus largement au sein de la communauté travaillant sur la prédiction et la conception de nouveaux matériaux.
Date d’inscription en doctorat : Décembre 2009
Intitulé: Structure et stabilité des carbures complexes
Description du sujet de Thèse:
Les structures cristallines des composés formés lorsqu'un métal est associé à des atomes non métalliques plus petits, notamment de carbone, peuvent être décrites comme les arrangements de polyèdres avec les atomes plus petits dans les sites interstitiels. C'est pour cette raison que ces composés sont communément appelés composés interstitiels. les mono carbures des métaux de transition (MC, avec M un métal de transition à en sont parfait exemple: les sites octaédriques du réseau cubique à face centré sont occupés par les atomes de carbone pou former la structure rocksalt propres à ces carbures. toutefois, d'autres carbures à structures plus complexes ont également été mis en évidence et qui remettent en question cette appellation. il s'agit en l'occurrence des carbures de formes générales: M2C, M3C2, M7C3, M5C2, M3C2 et M23C6, ou ternaires de formes: M3M'C, M3M2'C et M3M3'C. en effet, les structures de ces carbures ne peuvent pas être expliquées en termes de solution solide interstitielle ordonnée. la liaison C-C intervient fortement dans la distorsion des positions octaédriques. Aussi, les atomes du métal dans le carbure, n’occupent pas les positions qu'ils occupaient dans le métal pur, reflétant la perturbation électronique apportée par la présence des atomes de carbone. Techniquement, il est pratique de décrire ces structures en termes de groupes [M6C] prismatiques.
Alors que la plupart des mono carbures sont largement étudiés dans la littérature, la structure, la stabilité et les propriétés électroniques et magnétiques des carbures complexes le sont beaucoup moins. Pourtant, la plupart de ces carbures trouvent leur application en métallurgie pour tout ce qui est matériaux durs et super durs, mais aussi, plus récemment, certaines études prédisent la supraconductivité dans les carbures complexes MgCNi3.
Dans notre thèse, nous proposons d'examiner les propriétés structurales et les énergies de formation comme indicateurs de la stabilité des phases complexes, et d'étudier par la suite les structures électroniques pour clarifier la modification des liaisons chimiques responsables de la formation de ces phases.
Intitulé: Structure et stabilité des carbures complexes
Description du sujet de Thèse:
Les structures cristallines des composés formés lorsqu'un métal est associé à des atomes non métalliques plus petits, notamment de carbone, peuvent être décrites comme les arrangements de polyèdres avec les atomes plus petits dans les sites interstitiels. C'est pour cette raison que ces composés sont communément appelés composés interstitiels. les mono carbures des métaux de transition (MC, avec M un métal de transition à en sont parfait exemple: les sites octaédriques du réseau cubique à face centré sont occupés par les atomes de carbone pou former la structure rocksalt propres à ces carbures. toutefois, d'autres carbures à structures plus complexes ont également été mis en évidence et qui remettent en question cette appellation. il s'agit en l'occurrence des carbures de formes générales: M2C, M3C2, M7C3, M5C2, M3C2 et M23C6, ou ternaires de formes: M3M'C, M3M2'C et M3M3'C. en effet, les structures de ces carbures ne peuvent pas être expliquées en termes de solution solide interstitielle ordonnée. la liaison C-C intervient fortement dans la distorsion des positions octaédriques. Aussi, les atomes du métal dans le carbure, n’occupent pas les positions qu'ils occupaient dans le métal pur, reflétant la perturbation électronique apportée par la présence des atomes de carbone. Techniquement, il est pratique de décrire ces structures en termes de groupes [M6C] prismatiques.
Alors que la plupart des mono carbures sont largement étudiés dans la littérature, la structure, la stabilité et les propriétés électroniques et magnétiques des carbures complexes le sont beaucoup moins. Pourtant, la plupart de ces carbures trouvent leur application en métallurgie pour tout ce qui est matériaux durs et super durs, mais aussi, plus récemment, certaines études prédisent la supraconductivité dans les carbures complexes MgCNi3.
Dans notre thèse, nous proposons d'examiner les propriétés structurales et les énergies de formation comme indicateurs de la stabilité des phases complexes, et d'étudier par la suite les structures électroniques pour clarifier la modification des liaisons chimiques responsables de la formation de ces phases.
Communications nationales
- "Stability, structural and electronic properties of Transition metal hemicarbides M2C (M= V, Nb, Ta): A first principles investigation”. F. Z. Abderrahim et H. I. Faraoun. Le 4ème Congrès Algérien de Cristallographie, CRAC-4, Khenchela , on 14-16 May 2011 (Algérie).
- "Etude par les techniques de Datamining des propriétés des carbures et des nitrures des métaux de transition". F. Z. Abderrahim, H. I. Faraoun et H. Aourag. Colloque National sur les Techniques de Modélisation et de Simulation en Science des Matériaux, Sidi Bel-abbès, 23-24 Novembre 2009 (Algérie).