Modélisation multi-physique de l'Endommagement des Falaises induit par la Cristallisation du Sel (MEFACS) // Multi-physics Modelling of Salt Crystallisation-Induced Damage in Rocky Cliffs (MEFACS)

Le projet MEFACS (Modélisation multi-physique de l'Endommagement des Falaises induit par la Cristallisation du Sel) vise à développer un modèle numérique capable d'analyser les phénomènes d'haloclastie, c'est-à-dire l'endommagement progressif des roches induit par la cristallisation du sel dans les pores des matériaux. Le projet se concentre plus particulièrement sur les falaises rocheuses de la côte basque française, actuellement soumises à un recul côtier permanent sous l'effet combiné des changements climatiques, de l'élévation du niveau marin, de l'intensification des tempêtes et de la pression anthropique croissante sur les zones littorales.

Contrairement aux phénomènes d'érosion brutale provoqués par l'impact des vagues, les processus chemo-mécaniques liés à la cristallisation saline agissent de manière progressive mais contribuent fortement à l'affaiblissement mécanique des falaises et au développement de fissures favorisant l'érosion. Si plusieurs travaux ont déjà étudié les effets de la cristallisation saline dans les matériaux de construction, l'étude des falaises rocheuses reste encore peu explorée, notamment en raison de la forte variabilité lithologique et microstructurale des roches naturelles.

Le projet s'inscrit dans la continuité du projet EZPONDA (2019–2022), porté par la Communauté du Pays Basque, qui a permis de caractériser les principaux paramètres continentaux, côtiers et marins responsables de l'érosion des falaises basques. Les résultats expérimentaux obtenus ont montré que l'haloclastie ne constitue pas directement le principal facteur déclenchant des instabilités, mais qu'elle induit un affaiblissement continu des matériaux et une dégradation progressive de leurs propriétés mécaniques.

L'objectif principal de la thèse est de mieux prédire numériquement l'influence de la lithologie, de la structure géologique et de la microstructure des roches sur les mécanismes d'endommagement induits par le sel. Le doctorant ou la doctorante travaillera à partir de données expérimentales existantes, notamment des images de microtomographie X (µ-CT), afin d'établir un dialogue étroit entre modélisation numérique et observations expérimentales.

Les travaux viseront notamment à :

- améliorer la compréhension du comportement micromécanique des matériaux ;
- identifier les relations entre paramètres microstructuraux et réponse mécanique globale ;
- développer des stratégies de calibration s'appuyant à la fois sur des mesures globales et locales (porosité, densité, degré de saturation, interfaces, etc.) ;
- mettre en place une approche multi-échelle permettant de passer de l'échelle microscopique à l'échelle macroscopique par homogénéisation.

Le projet mobilise des compétences en mécanique numérique, géomécanique, couplages multi-physiques, analyse d'images et modélisation multi-échelle. Les développements réalisés contribueront à améliorer les outils de prédiction de l'érosion et de la déstabilisation des falaises rocheuses dans un contexte de changement climatique.
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The MEFACS project (Multi-physics Modelling of Salt Crystallisation-Induced Damage in Rocky Cliffs) aims to develop a numerical model capable of analysing haloclasty phenomena, i.e., the progressive damage induced by salt crystallisation within the pore network of rocks. The project focuses specifically on the rocky cliffs of the French Basque coast, which are currently undergoing permanent coastal retreat due to the combined effects of climate change, sea-level rise, increasingly intense storms, and growing anthropogenic pressure on coastal areas.

Unlike sudden erosion processes caused by wave impacts, chemo-mechanical alterations related to salt crystallisation act progressively but significantly contribute to the mechanical weakening of cliffs and to crack development, thereby promoting rock erosion. Although several studies have investigated salt crystallisation damage in masonry materials, the degradation of rocky cliffs remains poorly explored, particularly because of the strong lithological and microstructural variability of natural rocks.

The project builds upon the EZPONDA project (2019–2022), led by the Communauté du Pays Basque, which characterised the continental, coastal, and marine parameters responsible for the erosion of Basque rocky cliffs. Experimental results demonstrated that haloclasty is not the main triggering factor of cliff instabilities under environmental conditions, but rather a continuous weakening mechanism that progressively degrades the mechanical properties of rocks.

The main objective of the PhD project is to better predict numerically how rock lithology, geological structure, and microstructure influence salt-induced damage mechanisms. The PhD candidate will work on existing experimental data, particularly X-ray microtomography (µ-CT) images, in order to establish a close dialogue between numerical modelling and experimental observations.

The research will specifically aim to:

- improve the understanding of the micromechanical behaviour of rocks;
- identify relationships between microstructural parameters and the overall mechanical response;
- develop calibration strategies based on both global and local measurements (porosity, density, degree of saturation, interfaces, etc.);
- implement a multi-scale homogenisation framework enabling transitions from the microscopic scale to the macroscopic scale.

The project involves numerical mechanics, geomechanics, multi-physics coupling, image analysis, and multi-scale modelling. The developed approaches are expected to contribute to improved predictive tools for coastal erosion and rocky cliff destabilisation in the context of climate change.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Financement d'une collectivité locale ou territoriale

Université de Pau et des Pays de l'Adour

211 Sciences Exactes et leurs Applications

Le ou la candidate devra posséder de solides compétences en modélisation numérique et en mécanique des milieux poreux, avec un intérêt marqué pour la géomécanique, les couplages multi-physiques et l'analyse multi-échelle des matériaux géologiques. Des connaissances en mécanique des roches, méthodes numériques et traitement d'images seront particulièrement appréciées. Une maîtrise de la programmation scientifique, notamment en Python, constitue un atout important. Le candidat devra être titulaire d'un Master en mécanique numérique, génie civil, géomécanique, géosciences ou domaine connexe. Une bonne capacité d'analyse scientifique, de rédaction et d'autonomie sera attendue, ainsi qu'une aptitude à travailler dans un environnement interdisciplinaire. La maîtrise de l'anglais scientifique est indispensable.
The candidate should have strong skills in numerical modelling and porous media mechanics, with a strong interest in geomechanics, multi-physics coupling, and multi-scale analysis of geological materials. Knowledge in rock mechanics, numerical methods, and image analysis will be particularly appreciated. Experience in scientific programming, especially using Python, will be considered a significant asset. Applicants must hold a Master's degree in numerical mechanics, civil engineering, geomechanics, geosciences, or a related field. The candidate should demonstrate strong scientific reasoning, good writing skills, autonomy, and the ability to work in an interdisciplinary research environment. Proficiency in scientific English is mandatory.