Propagation et atténuation des ondes de choc dans les milieux granulaires

Contexte : 

Les milieux diphasiques ont été reconnus depuis plusieurs décennies comme d’excellents matériaux dissipatifs et sont en particulier régulièrement utilisés pour atténuer les effets des explosions (revêtements sacrificiels, blindages légers). Cependant, leur structure généralement multi-échelles leur confère un caractère complexe qui rend ardue la compréhension des mécanismes de dissipation d’énergie en leur sein.

Les milieux granulaires connaissent de nombreuses applications, de la physique des sols aux process industriels (industrie pharmaceutique, agroalimentaire, industrie minière, génie civil...). À ce titre, la littérature regorge de travaux les concernant. Néanmoins, les applications susmentionnées font intervenir des niveaux de sollicitation mécanique peu intenses, à savoir des petites déformations et de faibles vitesses d’écoulement. L’originalité des travaux que nous proposons est de fait intervenir des sollicitations violentes de type onde de choc ou impact balistique, dont les temps, vitesses et pressions caractéristiques sont bien différents de ceux rencontrés dans les applications usuelles. Sur cet aspect, la littérature sur les milieux granulaires est significativement moins fournie.

L’étude proposée s’inscrit dans le cadre du projet GRANEX, financé par le CIEDS et l’AID. Ce projet a pour objectif d’étudier les propriétés atténuantes des milieux granulaires (secs ou immergés) sous sollicitations brèves et intenses. Les travaux de thèse porteront sur la propagation des ondes de choc dans ces milieux.

Objectifs de la thèse : 

La thèse repose sur deux objectifs principaux :
1 – Combler les lacunes de la littérature sur le sujet en menant une étude expérimentale paramétrique exhaustive sur la propagation et l’atténuation des ondes de choc dans les milieux granulaires. Il s’agira d’une part de faire varier les propriétés du milieu (taille et forme des grains, fraction de compaction, nature et comportement mécanique de la phase granulaire, nature de la phase fluide) et celles de l’onde de choc (amplitude et forme de l’onde) d’autre part. Le doctorant aura la liberté de développer les montages expérimentaux nécessaires à partir des moyens déjà disponibles (tube à choc, lanceur pneumatique).

Ce travail constituera la première étape de l’établissement d’une base de données expérimentales de
référence.

2 – Proposer une modélisation de l’interaction choc/milieu granulaire. Une approche de type loi de similitude sera menée et confrontée à celles disponibles dans la littérature. Par ailleurs, une tentative de modélisation innovante des effets du milieu granulaire par la définition d’une fonction de transfert sera entreprise. L’objectif sera d’obtenir un modèle prédictif de la forme de l’onde transmise en fonction des paramètres d’entrée de l’onde et des principaux paramètres du milieu. Par ailleurs, des simulations numériques seront conduites à l’aide d’un code de dynamique explicite. L’objectif sera d’évaluer la capacité des modèles déjà développés pour les milieux poreux à représenter le comportement atténuant d’un filtre granulaire. Dans cette optique de modélisation, une collaboration avec l’Université de Swansea est prévue pour caractériser l’interaction choc/grain à l’échelle mésoscopique. Elle fera l’objet d’une mobilité internationale de plusieurs semaines pour le doctorant.

La thèse se déroulera à l’Institut de Recherche Dupuy de Lôme (IRDL), sur le site de l’ENSTA à Brest, d’octobre 2025 à octobre 2028. Le doctorant intégrera l'équipe Fluides, Structures et Interactions et bénéficiera d'un accès à des moyens d'essais rares en France ainsi qu'aux licences des codes de calcul disponibles à l'École.

L’IRDL est une Unité Mixte de Recherche CNRS. C'est un laboratoire référent en Europe travaillant sur les systèmes mécaniques liés à l’ingénierie des matériaux et des structures utilisés dans des secteurs industriels tels que l’automobile, le génie civil, l’énergie, l’aéronautique, la santé, les transports et plus particulièrement tous les domaines en interaction dynamique avec le milieu marin, tels que la construction navale et offshore, et les énergies marines.

Grande école d’ingénieurs et centre de recherche pluridisciplinaire, l'ENSTA dispense des formations et mène des activités de recherche de haut niveau en TIC (technologies de l’information et de la communication), sciences mécaniques et sciences humaines pour l’ingénieur. L’établissement public travaille en relation étroite avec de nombreux partenaires industriels et académiques, en France et à l’international. Ses activités concourent à l’innovation dans de nombreux domaines d’application : le maritime, la défense et plus généralement les hautes technologies (transports, aérospatiale, énergie, numérique, …). Avec l’Ecole Polytechnique et ISAE-SUPAERO, l'ENSTA fait partie du groupe des écoles d’ingénieurs sous tutelle de la Direction Générale de l'Armement (DGA), elle-même rattachée au ministère des Armées. Ces grandes écoles d'ingénieurs partagent une culture de l’exigence et de l’excellence qui fondent leur solide réputation internationale.

Le candidat recruté devra être titulaire d’un diplôme de Master 2 et devra posséder des bases solides en mécanique
des fluides et des structures. Des connaissances approfondies en dynamique des gaz, sur les milieux
granulaires ou en méthodes numériques (CFD, dynamique explicite) seront un plus.
Le doctorant devra posséder un goût pour le travail expérimental et idéalement avoir déjà effectué un stage
en laboratoire de recherche. Il devra faire preuve d’autonomie et de prise d’initiatives.