Caractérisation morphologique efficace de matériaux par cartes de distance ; Efficient morphological characterization of materials using distance transforms

Le monde est face à une crise environnementale majeure, ceci alors que la consommation d'énergie ne cesse d'augmenter. Quelles solutions pouvons-nous trouver pour fournir l'énergie demandée, tout en réduisant les émissions de gaz à effet de serre ? L'une d'entre elles consiste à améliorer l'efficacité énergétique des procédés industriels, notamment par le biais de la catalyse hétérogène. Les catalyseurs hétérogènes, ici des solides poreux, sont utilisés en raffinage et pétrochimie, en particulier pour la génération de biocarburant.La question se pose de caractériser l'efficacité de ces catalyseurs. Une description morphologique fournit des informations clés, au sens où des corrélations ont été établies entre propriétés structurales et performances de ces matériaux. Néanmoins, la catalyse hétérogène est un processus complexe et les descripteurs traditionnellement utilisés sont insuffisants, dans l'optique d'une aide aux choix de ces matériaux.Ce travail de thèse vise à développer de nouveaux descripteurs numériques de microstructures, facilement interprétables, efficients et complémentaires à l'état de l'art, afin d'aider in fine à choisir les catalyseurs appropriés à une application donnée. Ces descripteurs permettent une caractérisation géométrique et topologique du réseau poreux, quelle que soit sa complexité et indépendamment des phénomènes physico-chimiques pouvant être en jeu.Nous mettons en œuvre à la fois la percolation, capacité à traverser une microstructure ; la tortuosité géométrique, sinuosité et interconnectivité d'un réseau ; et l'hétérogénéité. Ces descripteurs relèvent pour l'essentiel de méthodes morphologiques. Les caractéristiques géométriques et topologiques liées aux fonctionnelles de Minkowski en 3D sont adaptées au domaine d'intérêt par estimation de l'accessibilité à une microstructure pour une sphère de taille donnée (A-protocole), décrite par érosion morphologique calculée de façon efficace grâce aux cartes de distances. Nous caractérisons ensuite la topologie des pores via un nouvel ...