Étude du comportement dynamique de la terre crue et influence de la vitesse de déformation : expérimentations et modélisation, application à l'analyse de vulnérabilité des structures // Study of the dynamic behavior of raw earth materials and influence of

La terre crue est un matériau de construction dotée d'un impact écologique très faible, et dont les propriétés hygrothermiques sont avantageuses. Son utilisation est cependant pénalisée par l'absence de règles de dimensionnement, notamment vis-à-vis des sollicitations dynamiques/sismiques. En effet, peu d'informations sont actuellement disponible sur le comportement du matériau [Thompson et al., 2022], et rend la modélisation à l'échelle structurelle et la définition de règles de calculs particulièrement complexes [PN Terre]. De plus, les études portant sur l'influence de la vitesse de déformation sur la réponse mécanique sont presque inexistantes [Chen el al., 2024]. L'objectif de la thèse est donc de proposer une caractérisation mécanique approfondie du matériau, pour différentes vitesses de déformation, afin de mieux comprendre son comportement. Cette dernière portera sur l'analyse du pisé, méthode très largement majoritaire dans l'état de l'art scientifique actuel [Thompson et al., 2022]. Le but est de mettre en place différents essais permettant de proposer différentes sollicitations (traction, compression, cisaillement, œdométrique), pour différentes gammes de vitesses de déformation, allant du quasi-statique à la dynamique rapide (103-104 s-1). En effet, les essais actuels sont généralement limités à de la compression simple, sans prise en compte de potentiels effets dynamiques [Avila et al., 2021]. La thèse sera également axée sur un dialogue numérique-expérimental, basée sur la méthode des éléments finis, en s'appuyant sur des lois de comportement non-linéaires existantes. Les essais de caractérisation seront donc simulés afin de calibrer un modèle numérique du matériau étudié. Enfin, la réalisation d'essais à l'échelle pilote permettra de confronter le modèle mis en place à la réponse dynamique d'éléments structuraux pour différentes sollicitations (monotone type impact, puis cycliques/sismiques).
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Raw earth is a building material with a very low environmental impact and advantageous hygrothermal properties. However, its use in construction is hampered by the lack of design rules, and particularly regarding dynamic and seismic solicitations. Indeed, little information is currently available on the material's behavior [Thompson et al., 2022], which makes it particularly complex to correctly model structures and propose design guidelines [PN Terre]. Also, studies on the influence of strain rate on mechanical response are almost nonexistent [Chen et al., 2024]. Therefore, the main objective of this PhD thesis is to propose a thorough mechanical characterization of the material for different strain rates, in order to better understand its behavior. This characterization will focus on the analysis of rammed earth, a method predominantly used and studied in the current scientific state of the art [Thompson et al., 2022]. The aim is to implement various tests to simulate different types of solicitations (tensile, compressive, shear, triaxial) for a large range of strain rates, from quasi-static to fast dynamic (10³-10⁴ s⁻¹). Indeed, current tests are generally limited to simple compression, without considering potential dynamic effects [Avila et al., 2021]. The thesis will also focus on a numerical-experimental dialogue, based on the finite element method, and relying on existing nonlinear constitutive laws. The characterization tests will therefore be simulated to calibrate a numerical model of the studied material. Finally, pilot-scale tests will allow for comparisons between the model and the dynamic response of structural elements under different types of loads (earthquake, impact).
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

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 projet de recherche possède un important volet expérimental, incluant des expérimentations fines à l'échelle du matériau et des expérimentations plus lourdes à l'échelle structurelle. Une attention particulière sera mise sur l'instrumentation des essais. Il sera nécessaire d'avoir un candidat ayant un goût particulier pour un travail expérimental, manuel, soigné et rigoureux, avec de bonnes capacités d'analyse et de compréhension des phénomènes mécaniques en jeu. Il n'y aura pas de développement de code significatif durant la thèse. Le candidat devra néanmoins être capable de traiter des données volumineuses issues des expérimentations (instrumentation, stéréo-corrélation), de construire et d'identifier un modèle numérique basée sur un comportement non-linéaire. De bonnes connaissances en calcul par éléments finis sont nécessaires, ainsi que des capacités de développement de routines en langage de programmation (Python).
The research project is predominantly experimental, including detailed material-scale experiments and larger structural-scale experiments. Particular attention will be paid to the tests' instrumentation with various sensors and field measurement technologies. The candidate will have a strong aptitude for meticulous and rigorous hands-on experimental work, along with good analytical skills, and an understanding of the mechanical phenomena involved. Although there will be no significant development of codes or numerical methods during the PhD, the candidate must be able to process large datasets from the experiments (instrumentation, stereo-correlation), as well as to create and identify a numerical model based on non-linear behavior. A good understanding of finite element analysis is required, along with the ability to develop some routines in a programming language (Python).