Visco-élasto-plasticité et couplages dans les mélanges grains-liquide // Viscosity and couplings in grain-fluid mixtures

Les suspensions denses de particules non colloïdales sont à l'interface entre la mécanique des sols et la rhéologie des fluides visqueux. Leur comportement, fortement non linéaire, dépend d'interactions hydrodynamiques, de contacts frictionnels et de phénomènes de dilatance qui se combinent à différentes échelles. Malgré d'importants progrès récents — en particulier à Grenoble au sein du LEGI, du LRP, du LiPhy ou de 3SR - il n'existe pas encore de modèle continu capable de décrire de manière unifiée les transitions entre régimes élastiques, plastique et visqueux, ni de rendre compte de la migration particulaire associée aux contraintes normales dans les écoulements.
Ce projet de thèse vise à développer un modèle constitutif élasto-visco-plastique pour les suspensions denses en s'appuyant les récents développements expérimentaux et numériques réalisés à Grenoble. L'objectif est d'articuler ces approches dans un modèle macroscopique cohérent, apte à décrire les écoulements stationnaires et transitoires des mélanges grains-liquide, du dense au semi-dense.
Le travail combinera modélisation théorique, simulation numérique particulaire et comparaison avec des données expérimentales issues de la littérature ou de collaborations locales. À terme, le modèle développé devra permettre de mieux comprendre et prédire les phénomènes de liquéfaction, de migration de particules, de mobilisation et d'arrêt d'écoulement pour des suspensions concentrées.
La recherche se limitera aux mélanges non-colloïdaux et aux écoulements faiblement inertiels avec fluide incompressible. On cherchera, pour ce type d'écoulement, à établir et valider un cadre théorique, interprétatif, et des lois constitutives permettant leur modélisation par des EDP continues. Le modèle sera appliqué prioritairement à des écoulement à surface libre sur pentes tels les laves torrentielles, mais il peut aussi concerner des écoulement immergés (avalanches sous-marines et autres phénomènes hydro-sédimentaires), ou des écoulements industriels.
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Dense suspensions of non-colloidal particles lie at the interface between soil mechanics and the rheology of viscous fluids. Their strongly nonlinear behavior arises from the interplay of hydrodynamic interactions, frictional contacts, and dilatant phenomena acting across multiple scales. Despite significant recent progress—particularly in Grenoble within LEGI, LRP, LiPhy, and 3SR—there is still no continuous model capable of describing, within a unified framework, the transitions between elastic, plastic, and viscous regimes, nor of capturing particle migration associated with normal stresses in such flows.
This PhD project aims to develop an elasto-visco-plastic constitutive model for dense suspensions, building upon recent experimental and numerical advances achieved in Grenoble. The goal is to merge these approaches into a coherent macroscopic framework able to describe both steady and transient grain–fluid flows, from dense to semi-dense regimes.
The research will combine theoretical modeling, particle-scale numerical simulations, and comparison with experimental data from the literature and local collaborations. Ultimately, the developed model is expected to improve the understanding and prediction of liquefaction, particle migration, mobilization, and flow arrest in concentrated suspensions.
The study will focus on non-colloidal mixtures and low-inertia flows involving an incompressible fluid. For this class of flows, the objective is to establish and validate a consistent theoretical and constitutive framework for their modeling by continuous partial differential equations (PDEs). The model will be primarily applied to free-surface flows on slopes, such as debris or mud flows, but it will also be relevant to submarine avalanches, hydro-sedimentary processes, and industrial slurry flows.
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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 Grenoble Alpes

510 I-MEP² - Ingénierie - Matériaux, Mécanique, Environnement, Energétique, Procédés, Production

Le candidat devra avoir un profil mécanicien ou physicien. Il devra avoir des connaissances dans au moins un, probablement deux, de ces trois domaines: - couplages poromécaniques en milieux poreux - mécanique des fluides complexes - physique statistique des systèmes de particules
The candidate should have a background in mechanics or physics. They should have expertise in at least one, and likely two, of the following three areas: poromechanical coupling in porous media complex fluid mechanics statistical physics of particle systems