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(Étude micromécanique de la transition des régimes hydriques dans les sols granulaires partiellement saturés)
 
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! colspan="2"| '''Thèse : Modélisation numérique du mécanisme de liquéfaction des sols – application aux ouvrages hydrauliques'''
 
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== '''Étude micromécanique de la transition des régimes hydriques dans les sols granulaires partiellement saturés'''==
  
Les matériaux granulaires présentent un large spectre de propriétés mécaniques. Développer des modèles constitutifs permettant d'intégrer ces caractéristiques dans le cadre de simulations à l'échelle de l'ouvrage demeure un réel challenge scientifique. A cet égard, les approches multi-échelles constituent aujourd'hui une voie très prometteuse. Elles permettent de faire émerger des propriétés macroscopiques à partir de modèles micromécaniques calibrés à l'échelle microscopique.
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Thèse par Nabil Younes (nabil.younes@univ-lr.fr)
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'''Mots clés : DEM, LBM, micromécanique, cycles séchage/mouillage, courbe de rétention.'''
  
Parmi les modèles multi-échelles, le modèle H  marque une avancée majeure pour la prise en compte des effets de la microstructure dans le comportement des matériaux granulaires. La structure du matériau granulaire est décrite par une distribution d'hexagones orientés dans l'espace. A partir d'opérations d'homogénéisation, les contraintes et les déformations incrémentales sont reliées à l'échelle de la distribution, donnant lieu à un modèle de comportement qui a la capacité à reproduire propriétés mécaniques essentielles des matériaux granulaires.
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'''Résumé :'''
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Les digues en remblai jouent un rôle crucial dans la protection des communautés côtières contre les inondations. En général, elles sont construites à partir de matériaux granulaires compactés et se trouvent souvent dans des conditions de saturation partielle, ce qui confère à leurs matériaux une certaine cohésion bénéfique pour leur résistance mécanique. Cependant, lorsque ces matériaux granulaires, situés à la surface de la digue, sont exposés à des cycles de séchage et de mouillage, typiquement provoqués par la variation de pression entre l'amont et l'aval de la digue, elles peuvent devenir vulnérables. Ces fluctuations sont généralement causées par plusieurs facteurs, notamment des précipitations intenses et des canicules, les cycles de marées hautes et marées basses ou les tempêtes. Ces phénomènes deviennent, malheureusement, de plus en plus fréquents dans un contexte de changement climatique. Plus précisément, ce travail de thèse est consacré à l’étude microstructurale des matériaux non-saturés pour des degrés de saturation variables. Pour ce faire, nous proposons un couplage entre la méthode aux éléments discrets dite DEM pour simuler le squelette solide en forme de particules sphériques et la méthode de Boltzmann sur réseau dite LBM afin de modéliser les ponts capillaires eau-air entre les particules solides. Grâce à cette modélisation à pointe de l'état de l'art, nous pourrons mettre en évidence les mécaniques complexes à l'œuvre dans les matériaux granulaires partiellement saturés.
Nous étudions dans un premier temps les propriétés mécaniques de l'assemblage hexagonal de grains, élément de base du modèle H, afin d'identifier les conditions menant à sa déstabilisation. Nous réalisons dans un deuxième temps une étude de sensibilité du modèle constitutif vis-à-vis des paramètres micro-mécaniques et microstructurels. Enfin, nous démontrons les capacités opérationnelles du modèle à partir d'essais triaxiaux non drainés réalisés sur un sable lâche liquéfiable.
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Dans un troisième temps, le modèle H est implémenté en tant que loi constitutive dans un code de calcul aux différences finies. Des simulations d'essais biaxiaux non homogènes sont conduites afin d'explorer les capacités du modèle à reproduire les différents modes de rupture observés en laboratoire. L'utilisation du modèle H pour modéliser des essais biaxiaux drainés et non drainés met clairement en évidence l'influence de la microstructure sur la réponse mécanique des matériaux granulaires. Enfin, le modèle H est utilisé dans le cadre d'une simulation hydro-mécanique couplée à l'échelle de l'ouvrage pour modéliser le chargement d'une fondation superficielle et la rupture d'une digue soumise à une crue.
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'''Contact : antoine.wautier@inrae.fr, pierre.philippe@inrae.fr ou nadia.benahmed@inrae.fr '''
  
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Thèse de Guillaume Veylon soutenue le 16 mai 2017.
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''L'évolution de la force capillaire  F<small>f</small> [mN] en fonction du volume d'eau (μL) / Nabil Younes''
  
Document prochainement téléchargeable librement.
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Contact : [http://www.irstea.fr/la-recherche/unites-de-recherche/recover/geomecanique-genie-civil Irstea - UR RECOVER - Equipe G2DR]
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''Les évolutions (a) de la contrainte capillaire moyenne p <sup>cap</sup> [kPa] et (b) de la succion s [kPa] en fonction du degré de saturation S<small>r</small> [%] / Nabil Younes''

Version actuelle en date du 8 janvier 2024 à 14:20


[modifier] Étude micromécanique de la transition des régimes hydriques dans les sols granulaires partiellement saturés

Thèse par Nabil Younes (nabil.younes@univ-lr.fr)

Mots clés : DEM, LBM, micromécanique, cycles séchage/mouillage, courbe de rétention.

Résumé : Les digues en remblai jouent un rôle crucial dans la protection des communautés côtières contre les inondations. En général, elles sont construites à partir de matériaux granulaires compactés et se trouvent souvent dans des conditions de saturation partielle, ce qui confère à leurs matériaux une certaine cohésion bénéfique pour leur résistance mécanique. Cependant, lorsque ces matériaux granulaires, situés à la surface de la digue, sont exposés à des cycles de séchage et de mouillage, typiquement provoqués par la variation de pression entre l'amont et l'aval de la digue, elles peuvent devenir vulnérables. Ces fluctuations sont généralement causées par plusieurs facteurs, notamment des précipitations intenses et des canicules, les cycles de marées hautes et marées basses ou les tempêtes. Ces phénomènes deviennent, malheureusement, de plus en plus fréquents dans un contexte de changement climatique. Plus précisément, ce travail de thèse est consacré à l’étude microstructurale des matériaux non-saturés pour des degrés de saturation variables. Pour ce faire, nous proposons un couplage entre la méthode aux éléments discrets dite DEM pour simuler le squelette solide en forme de particules sphériques et la méthode de Boltzmann sur réseau dite LBM afin de modéliser les ponts capillaires eau-air entre les particules solides. Grâce à cette modélisation à pointe de l'état de l'art, nous pourrons mettre en évidence les mécaniques complexes à l'œuvre dans les matériaux granulaires partiellement saturés.

Contact : antoine.wautier@inrae.fr, pierre.philippe@inrae.fr ou nadia.benahmed@inrae.fr

Evolution de la force capillaire.png

L'évolution de la force capillaire Ff [mN] en fonction du volume d'eau (μL) / Nabil Younes

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Les évolutions (a) de la contrainte capillaire moyenne p cap [kPa] et (b) de la succion s [kPa] en fonction du degré de saturation Sr [%] / Nabil Younes

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