Effondrement granulaire partiellement immergé : de la mécanique des grains à la dynamique des tsunamis // Partially Immersed Granular Collapse: from Grain Mechanics to Tsunami Dynamics

Les effondrements granulaires partiellement immergés, qu'ils soient d'origine naturelle (glissements sous-marins, érosion de falaises côtières) ou anthropique (ruptures de digues, rejets industriels), peuvent engendrer des vagues et des écoulements turbulents aux conséquences environnementales et socio-économiques majeures. Si des travaux récents ont mis en évidence le rôle du couplage entre la phase granulaire et la phase fluide dans la génération de ces phénomènes, les mécanismes micromécaniques à l'échelle du grain restent encore insuffisamment compris.

Cette thèse vise à analyser le transfert de quantité de mouvement entre un milieu granulaire et un fluide lors d'un effondrement partiellement immergé, en mettant l'accent sur l'influence de paramètres micromécaniques tels que la polydispersité, la porosité et les lois de contact (frottement, lubrification, capillarité). L'objectif est d'établir un lien qualitatif et quantitatif entre ces mécanismes à l'échelle microscopique et la dynamique macroscopique des vagues générées.

L'étude s'appuiera principalement sur une approche numérique innovante reposant sur le couplage d'une méthode des éléments discrets non lisses pour la phase granulaire et d'une méthode des éléments finis particulaires pour la phase fluide, permettant de décrire finement les interactions fluide–granulaire et la surface libre. Le modèle numérique sera enrichi par l'introduction de nouveaux mécanismes micromécaniques et optimisé afin de limiter les coûts de calcul.

Les résultats numériques seront confrontés à des données expérimentales issues de collaborations internationales, notamment à travers des essais d'effondrement granulaire réalisés en laboratoire. Cette validation permettra d'évaluer la robustesse du modèle et d'améliorer sa capacité prédictive. À terme, les travaux contribueront à une meilleure compréhension des phénomènes d'effondrement granulaire immergé et fourniront des outils de modélisation utiles pour l'évaluation et la prévention des risques naturels et industriels.
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Partially immersed granular collapses, whether of natural origin (submarine landslides, coastal cliff erosion) or anthropogenic origin (dam failures, industrial releases), can generate waves and turbulent flows with significant environmental and socio-economic consequences. While recent experimental and numerical studies have highlighted the importance of coupling between the granular and fluid phases in wave generation, the underlying grain-scale mechanisms remain insufficiently understood.

The objective of this PhD is to investigate momentum transfer between a granular medium and a fluid during partially immersed collapse events, with a particular focus on the influence of micromechanical parameters such as polydispersity, porosity, and contact physics (friction, lubrication, and capillarity). The aim is to establish qualitative and quantitative links between grain-scale mechanisms and the macroscopic dynamics of the generated waves.

The study will primarily rely on an innovative numerical approach based on the coupling of a nonsmooth Discrete Element Method for the granular phase with a Particle Finite Element Method for the fluid phase, enabling a detailed description of fluid–granular interactions and free-surface flows. The numerical model will be extended to incorporate additional micromechanical effects and optimized to reduce computational costs.

Numerical results will be validated against experimental data obtained through international collaborations, including laboratory-scale granular collapse experiments. This validation will allow the assessment of the model's robustness and predictive capabilities. Ultimately, this work aims to improve the understanding of partially immersed granular collapse phenomena and to provide advanced modelling tools for the assessment and mitigation of natural and industrial hazards.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université de Montpellier

166 I2S - Information, Structures, Systèmes

Le(la) candidat(e) devra être titulaire d'un diplôme de niveau Master ou équivalent en mécanique, génie civil, génie mécanique, mécanique des fluides ou disciplines connexes. Un fort intérêt pour la recherche en mécanique des milieux granulaires, les interactions fluide–structure ou fluide–granulaire et les phénomènes multiphysiques est attendu. Le(la) candidat(e) devra posséder de solides bases en modélisation numérique et en mécanique des milieux continus et/ou discrets. Des compétences en programmation scientifique (notamment en Python et/ou C++) sont requises. Une connaissance préalable des méthodes numériques de type DEM, FEM ou méthodes couplées constitue un atout apprécié, sans être indispensable. Une appétence pour les approches expérimentales, la capacité à analyser et interpréter des données, ainsi qu'un bon niveau d'anglais scientifique sont attendus. Le(la) candidat(e) devra faire preuve d'autonomie, de rigueur scientifique, d'esprit critique et d'une capacité à travailler dans un environnement collaboratif et international.
The candidate should hold a Master's degree or equivalent in mechanics, civil engineering, mechanical engineering, fluid mechanics, or a related field. A strong interest in research on granular materials, fluid–structure or fluid–granular interactions, and multiphysics phenomena is expected. The candidate should have solid foundations in numerical modelling and in continuum and/or discrete mechanics. Skills in scientific programming (notably Python and/or C++) are required. Prior knowledge of numerical methods such as DEM, FEM, or coupled approaches is considered an asset but is not mandatory. An interest in experimental approaches, the ability to analyse and interpret data, and a good level of scientific English are expected. The candidate should demonstrate autonomy, scientific rigor, critical thinking, and the ability to work in a collaborative and international research environment.