Proposition de thèse : Comment les matériaux granulaires se déforment-ils ?

On propose d’étudier finement les mécanismes de déformation des matériaux granulaires en régime quasi-statique, à l’échelle des grains et des réseaux de contact. Ce travail fera appel à différentes techniques numériques (dynamiques, et quasi-statiques), mais les observations seront également confrontées à des mesures expérimentales, au moyen du dispositif « 1γ2ε » du Laboratoire 3SR. Sans entrer dans trop de détails techniques, il s’agira de comprendre les instabilités microscopiques, par lesquelles un réseau de contact se défait puis se reforme et se restructure.

Pour faire suite à une série d'études précédentes focalisées exclusivement sur la micro-cinématique dans un milieu granulaire qui se déforme de façon quasi-statique, l'objectif premier du travail envisagé dans cette thèse portera sur la prise en considération des forces inter-granulaires dans l'analyse des déformations du milieu. En d'autres termes, nous souhaitons relier le comportement macroscopique sous forme incrémentale aux instabilités microscopiques et à la distribution spatiale des mouvements liés aux réarrangements du réseau des contacts dans les matériaux granulaires, améliorer ces lois incrémentales grâce à une meilleure compréhension de leurs fondements microscopiques, classifier des régimes de comportement, et enfin mieux comprendre les instabilités macroscopiques comme la localisation de la déformation. 

La participation de chercheurs de 3SR Grenoble (V. Richefeu) et du laboratoire Navier de Marne-la-Vallée (J.-N. Roux) permet de réunir une équipe d’encadrement maîtrisant différentes techniques utiles (fabrication numérique contrôlée d’états d’équilibre de matériaux granulaires avec des caractéristiques variées, simulation par des approches dynamiques et statiques, calcul intensif, caractérisation statistiques des champs de déplacements et de leurs corrélations, analyse d’images).

L'utilisation conjointe de ces différentes techniques de modélisation fait l’originalité du sujet et devra donner accès à une compréhension fine de la façon qu'a un milieu granulaire de se déformer à travers une succession d'instabilités. L'étude envisagée est donc plutôt fondamental, et ce nouveau regard sur les forces de contact (plutôt que de la cinématique des particules) apporteront un éclairage vraiment nouveau sur la façon dont se met en oeuvre la plasticité dans les assemblages granulaires.