Sols, solides, structures, risques

Aujourd'hui Directeur de recherche Emérite après avoir été Directeur de recherche de Classe Exceptionnelle au CNRS (DRCE), mon parcours a été essentiellement un parcours de chercheur , avec des incursions dans l'enseignement et dans l'animation et l'administration de la recherche (Comité National du CNRS, Directeur du labo 3SR). Il s'est déroulé entièrement sur le site grenoblois, trop attratif à divers titres pour que je me résolve à le quitter.
C’est à la mécanique des milieux déformables, et plus précisément aux géomatériaux, que j’ai consacré l’essentiel de mes travaux.  J’ai abordé ce sujet sous l’angle particulier de la localisation de la déformation,  ce qui suppose d’explorer aussi bien la déformation diffuse que la déformation localisée. En effet, c’est à l’émergence de cette dernière, dans une situation dominée jusque-là par la première, qu’on s’intéresse d’abord, et ensuite à son évolution ultérieure. Un lien essentiel existe entre le comportement élémentaire des matériaux, et l’émergence de la localisation, comme l’ont confirmé mes travaux, et ceux des autres spécialistes de la question. Ainsi ce sujet amène naturellement à consacrer une grande attention et des développements importants à la caractérisation et à la modélisation du comportement élémentaire des matériaux concernés.
Du point de vue de l’approche, j’ai développé des travaux expérimentaux et des travaux de modélisation, alternativement ou bien parallèlement, sensiblement à part égale. Par exemple dans les 5 années les plus récentes, j’ai beaucoup investi dans l’expérimental avec la révolution que constitue pour mon sujet d’étude la convergence récente de la tomographie et des mesures de champ ; mais simultanément j’investissais au moins autant dans l’approche de modélisation double échelle FEM-DEM avec un enthousiasme que les résultats tout récents obtenus avec mes collègues et doctorants ne font que renforcer.
Les points forts de mon activité, dans une vision large sur les quelques 38 ans de ma carrière au CNRS, ont été :

• l’application de la tomographie à l’étude de la déformation d’objets 3D massifs en cours de déformation, dès 1986. Mise en évidence de structures de localisation complexes au sein des échantillons triaxiaux axisymétriques, évolution de l’indice des vides dans les bandes (un papier de référence, plus de 300 citations au WOS, top 10 de la revue internationale de référence « Géotechnique ») ; évolution récente vers la micro-tomographie synchrotron et création d’un équipementpropre au laboratoire 3SR ; corrélation numérique d’images 3D, une moisson de résultats qui ne fait que commencer (papier 2006, déjà 115 citations ; papier 2010 sur la corrélation discrete 3D, déjà 114 citations).
• le développement et la mise en œuvre intensive de méthodes de mesures de champs de déformation, à base de stéréophotogrammétrie puis plus récemment de la corrélation d’images numérique. Les deux techniques relèvent en définitive de la corrélation d’images saisies au cours d’un processus de déformation. Publication d’une synthèse en 2004, un papier très cité (192 actuellement) ; publication en 1996 d’une base de données accédée depuis lors par de nombreux chercheurs.
• l’étude théorique de la condition de bifurcation par localisation de la déformation en bandes de cisaillement, pour des milieux au comportement non-linéaire en vitesse, en mettant en valeur le caractère plus critique de la condition de bifurcation discontinue (sans l’hypothèse simplificatrice de taux de déformation quasi-identique dans la bande et en dehors) (47 citations)
• développement d’une loi de comportement hypoplastique « CLoE » pour les géomatériaux et étude de bifurcation générale discontinue/continuepour cette loi non linéaire en vitesse  (65 citations)
• exploration expérimentale et modélisation numérique de la localisation en régime couplé hydromécanique. Mise en évidence d’une résistance à la localisation en non drainé dans un milieu dilatant, tant que la condition isochore locale est forcée par le fluide interstitiel, et déclenchement de la localisation lorsque la cavitation survient dans le fluide (66 citations)
• et le plus récemment (2010), la modélisation multi-échelle FEM-DEM : à la croisée de la mécanique discrète et de la mécanique des milieux continus, développement d’une démarche d’homogénéisation numérique intégrée permettant de mener un calcul aux éléments finis dans lequel les informations sur le comportement élémentaire du matériau sont obtenues, en chaque point de Gauss, par une modélisation aux éléments discrets à l’échelle micro menée en parallèle (d’où le qualificatif « intégrée »). On modélise par DEM, en chaque point de Gauss, la déformation de volumes représentatifs du milieu granulaire concerné, le long des chemins de déformation suivis localement dans le domaine étudié au point de Gauss considéré. Cette nouvelle voie a été ouverte voici maintenant 8 ans, elle porte ses premiers fruits et j’y crois beaucoup, notamment en lien avec la localisation de la déformation. En effet,le comportement obtenu, en chaque point, incorpore naturellement des effets difficiles à gérer dans la plus grande généralité dans une formulation de loi de comportement classique (anisotropie, rotation des axes de la contrainte par rapport aux directions matérielles, cycles,…). Un article dans Granular Matter est paru en 2011, et un nouvel article vient de paraître (2014) dans Acta Geophysica, et plusieurs papiers de congrès (e.g. 9th Int. Workshop Bifurcation and Damage in Geomaterials, Porquerolles, Juin 2011, 10th IWBDG Hong-Kong 2014). Une seconde thèse sur ce sujet a été  soutenue en fin d’année 2013 (les papiers récents réfèrent à cette thèse), une troisième a démarré dans la foulée et sera soutenue en 2016. Un article de synthèse a été publié en 2019, avec la participation des différents collègues ayant contribué à ces développements (permanents, doctorants, post-docs).
• depuis que je suis entré dans le cadre des Emérites, j'ai développé les travaux suivants :
  •  contribution au développement de la modélisation multi-échelle FEM-FEM , une approche similaire à l'approche DEF-DEM précitée mais dans laquelle la modélisation de l'échelle micro est effectuée en éléments finis (FEM) plutôt qu'en éléments discrets (DEM). Dans ce cadre je me suis investi sur l'optimisation des calculs double échelle pour des micro-structures plus "grosses" c'est à dire plus riches et plus complexes, avec des aspects importants liés à la parallélisation massive des calculs, rendus nécessaires par le coût CP de ces calculs ;
  • développement d'un programme de recherche expérimentale dédié à l'observation des précurseurs de la localisation de la déformation dans les essais triaxiaux sur sable, en utilisant les nouvelles ressources offertes par la tomographie à haute résolution. Des résultats très novateurs ont été obtenus et publiés (2018).

Mes travaux sur la Déformation des Solides ont été récompensés par le Prix Ernest Déchelle de l’Académie  des Sciences (2010).
 

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