Étude du rôle de la méso-structure dans le comportement élasto-plastique des argiles

Le Laboratoire Navier est une unité mixte de recherche de l’Ecole Nationale des Ponts et Chaussées (ENPC), de l’Université Gustave Eiffel et du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), située sur la cité Descartes de Marne-la-Vallée. Les personnels du laboratoire (près de 170 personnes) mènent des recherches sur la mécanique et la physique des matériaux, des structures et des géomatériaux, et sur leurs applications à la géotechnique, au génie civil, aux transports, à la géophysique et à l’énergie. Les enjeux sociétaux concernent la construction durable, les risques naturels, l’environnement et l’énergie. Dans le développement des lois mécaniques et physiques relatives à ces thèmes, les études entreprises sont à la fois expérimentales et théoriques.

Dans le cadre de la théorie de l’élasto-plasticité, les géo-matériaux présentent souvent des règles d’écoulement complexes. Leur identification et modélisation sont particulièrement délicates puisqu’elles sont basées sur des mesures de déformations plastiques réalisées au laboratoire. Par manque d’un nombre suffisant de résultats expérimentaux de bonne qualité, l’ingénieur choisit souvent, par souci de simplicité, de réduire le comportement de géomatériaux à des règles simplifiées, mais cela peut induire des erreurs significatives dans les résultats de simulation à l’échelle du continu, en particulier dès lors que des couplages entre les phénomènes mécaniques, hydriques et thermiques sont en jeu.

Il y a tout lieu de penser que ces comportements résultent de la complexité des géomatériaux à l’échelle mésoscopique, ce qui est notamment le cas des roches argileuses. Les argiles, en effet, sont constituées de particules minérales flexibles, non-sphériques et qui développent des interactions complexes, très sensibles à la salinité, à la température, à l’humidité, et présentant une très forte hystérésis liée à formation de couches d’hydratation.

L’objectif de ce stage est d’étudier le lien entre les phénomènes physiques ayant lieu à l’échelle de la méso-structure d’une roche argileuse et son comportement élasto-plastique macroscopique, par la mise en œuvre de simulations numériques discrètes. A partir de modèles récemment développés au laboratoire Navier, nous envisagerons une modélisation simplifiée, mais au coût de calcul significativement amélioré, qui, en combinaison avec des techniques numériques appropriées pour étudier le comportement mécanique de solides, permettra d’une part d’utiliser des systèmes plus grands que dans les études précédentes (ce qui réduit le bruit des données, et simplifie leur analyse), et surtout d’explorer très systématiquement un très grand nombre de sollicitations mécaniques afin de caractériser précisément la loi de comportement plastique, et de relier ces comportements à des propriétés méso-structurelles.

Niveau Master 2 ou PFE, avec des compétences en mécanique des matériaux.

Intérêt prononcé pour les simulations numériques discrètes.

Connaissance de langages de programmation appréciée.