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Recrutement

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Postdoc Position Durability of microbial-induced calcite precipitation Study of reactive flows in 2D model systems and in 3D soil columns using X-ray nano-tomography

24 novembre 2022 - 31 janvier 2023
Motivation, context
Microbial-induced calcite precipitation (MICP) is a process increasingly used to reinforce structures and soils, and appears to be a relevant alternative to conventional techniques based on the injection of manufactured materials, being more environmentally friendly and consuming less energy. Indeed, it reinforces the bond contacts between grains after injection of bacteria that accelerate the natural process of calcium carbonate precipitation (CaCO3). A striking example is that a non-cohesive sand can be turned into a highly cohesive medium.  Since the recent proof of concept made by Whiffin [1] and Mitchell and Santamarina [2], studies have demonstrated that calcite precipitation induced by bacteria activity is effective at large scale [3], and has a broad spectrum of applications, including internal erosion of hydraulic structures, liquefaction of soils during earthquake, landslides, or crack closure. Studies have focused on the effect of the process parameters : bacteria concentration [4], calcium concentration, pH, temperature, and water saturation of the media [5] on the calcite distribution in pores and on the mechanical properties of the improved media [6], [7]. Moreover, our teams have recently demonstrated the importance of the microstructure at the contact scale on the mechanical behaviour [8]–[11].
Nevertheless, for engineering applications, the assessment of the durability of the reinforcement process by MCIP is a concern. In particular, it is important to be able to predict how evolve the mechanical properties of a reinforced medium when it is submitted to acid conditions, which will cause the dissolution of calcite [12] and weakening of the structure.

Post doc program
The goal of this project is to characterize the evolution of the microstructure in reinforced media in real time, when exposed to an aggressive environment. In particular, a focus will be made on the contact surface area and the crystal morphology evolution through time.
The post-doc will have to develop experiments in 2D model porous media to characterize the dissolution process with a relevant instrumentation including high-resolution imaging. Then, the dissolution conditions used in the 2D experiments will be transposed in 3D soil columns to perform time-lapse 4D nano-tomography imaging experiments using the high spatial and temporal resolution available at synchrotron facilities (ESRF).
The expected results are a better understanding of processes associated to the decrease in mechanical properties induced by calcite dissolution.

Location and practical aspects
The successful applicant will be hosted by the laboratory 3SR (Grenoble) in the “CoMHet” team. He/she will work under the supervision of Antoine Naillon and Catherine Noiriel (laboratory Géosciences Environnement Toulouse), and in collaboration with Christian Geindreau and Fabrice Emeriault.
The position is a 1-year contract with the opportunity to have some extended months.
The post-doc will start as soon as possible, from January 2023.
The gross salary will be around 2919 €/month depending on the experience of the applicant, equivalent to a net salary of around 2346 €/month.

 
Mis à jour le 24 novembre 2022
Antoine NAILLON et Mehdi BOUZID
Antoine NAILLON et Mehdi BOUZID
RecrutementVie de l'établissement

L’équipe CoMHet s'agrandit

le 19 décembre 2021
Le laboratoire 3SR est heureux de compter deux nouveaux chercheurs permanents au sein de son équipe Mécanique et Couplages Multiphysiques des milieux Hétérogènes (ComHet).
Mis à jour le 25 janvier 2022
Contour of a migrating cell in a collagen network (left picture) and associated displacement field  of collagen fibres (right picture)
Contour of a migrating cell in a collagen network (left picture) and associated displacement field of collagen fibres (right picture)
Recrutement

PhD Position : 3D mechanics of cells in complex fibrous media

31 mai 2021 - 1 juillet 2021
Project summary
The forces generated by cells in complex media are important in various
physiological/pathological phenomena such as wound healing, cancer metastasis or
embryogenesis. The aim of this project is to precisely investigate cell migration in
biological networks by studying the interactions between cancer cells and the
surrounding fibrous medium. Therefore, the main tasks of this thesis will be :
  • A morphological characterisation of d ifferent fibr ous media (collagen networks at different concentrations) using confocal microscopy.
  • The development of a stretching/shearing device to investigate fibre deformations of
  • these networks subjected to various physiological loadings.
  • The achievement of micromechanical stretching/shearing tests on Extra Cellular Matrix (ECM) samples. The data obtained will allow to build a micromechanical model for the macroscale visco hyperelastic mechanics of the soft fibrous ECM.
  • The analysis of cell migra tion in the different ECMs. To understand the feedback between cell motility and network relaxation, observations will also be compared to numerical simulations.
  • The determination of the local stresses exerted by cells using the micromechanical model developed.
This project will benefit from an existing collaboration between researchers in physics of biological system s, imaging and mechanical engineering.
Location and practical aspects
The successful applicant will be hosted by the LIPhy (Interdisciplinary Laboratory of Physics – Grenoble, France – www-liphy.univ-grenoble-alpes.fr/) in the “MC2” team, and by the 3SR Laboratory (Soils, Solids, Structures, Risks Grenoble, France www.3sr-grenoble.fr/) in the “CoMHet” team. He/she will work under the supervision of Dr Laurent, Dr Verdier at the LIPhy and Dr Bailly at 3SR Laboratory. The PhD fellowship offer is available starting October 2021 for a period of 3 years. The gross salary will be 1787 €/months, equivalent to a net salary of 1414 €/month.

Qualifications of the applicant
The PhD candidate should have academic backgrounds in cell biophysics and mechanobiology, with a strong motivation to work at the interface between physics and biology. Specific skills in microscopic imaging, structural characterization of fibrous media and/or experimental mechanics of soft (bio)materials/gels will be strongly examined.

Applications

Interested candidates should send their CV, a cover letter and official transcripts of the last two years to /
Dr Valérie Laurent ( )
Claude Verdier ( )
Lucie Bailly ( )
Deadline for the application:  01/07/2021

Mis à jour le 31 mai 2021
Recrutement

Micro-mécanique de l’Interaction milieu granulaire-géogrille souple sous chargement complexe - Investigation expérimentale et numérique

le 4 mai 2021
Résumé du projet:
Les interactions mécaniques entre un milieu granulaire et une géogrille, c’est-à-dire une inclusion déformable ayant un rôle de renforcement, sont complexes et encore mal identifiées. Elles prennent naissance à l’échelle locale, au niveau des particules, des différents éléments de la géométrie plus ou moins complexe de la géogrille et des contacts entre chacun de ces objets. De plus, suivant le mode de sollicitation, les mécanismes d’interaction peuvent être très différents. Ils dépendent également de la distribution des tailles de grains, de leur forme généralement non sphérique et de l’arrangement granulaire au voisinage de l’inclusion (affecté notamment par les tailles respectives grains/maille de grille).
Les mécanismes mis en jeu sont liés notamment à l’enchevêtrement et au désenchevêtrement des particules dans la maille, accompagnés de mécanismes de butée des particules dans la maille, de frottement des particules sur la grille et de changements de densité au niveau d’une zone d’interface dont l’épaisseur reste à définir. Tous ces mécanismes prennent naissance au niveau des contacts entres particules et grille.
L’exemple d’application qui sert de support à cette étude est celui du renforcement et de la stabilisation de sol par grilles géosynthétiques (géogrilles), qui sont actuellement largement utilisées dans les ouvrages géotechniques sans que leur action ne soit formellement identifiée (approche macroscopique et empirique issue d’essais de laboratoire ou d’essais sur ouvrages).
Le sujet sera abordé par une combinaison d’observations microstructurales et d’expérimentations à l’échelle de la maille (sous tomographie RX) et de modélisations numériques par éléments discrets (code Yade). Il s’agit en premier lieu d’observer, définir et comprendre les mécanismes mis en jeu lors des sollicitations appliquées, en traitant également le cas des sollicitations cycliques et les phénomènes induits (fatigue et dégradation).
Dans un premier temps, une campagne d’imagerie 3D sera faite par microtomographie RX sur plusieurs échantillons de taille adaptée à la géométrie du problème : on considérera en particulier les cas avec et sans grille, des milieux granulaires modèles composés de sphères de taille très voisines ou présentant une distribution large de taille de grains de forme plus anguleuse, des tailles respectives de maille et de particules qui permettent de créer ou pas le phénomène d’interlocking.
Une reconstruction numérique de l’arrangement granulaire et de la grille permettra ensuite de générer des avatars numériques de ces échantillons qui seront utilisés dans le code Eléments Discrets Yade. Les simulations numériques prédictives du comportement de l’interface milieu granulaire – grille concerneront alors des sollicitations élémentaires (compression, cisaillement) monotones et complexes (en particulier cycliques). Il sera également possible de prendre en compte dans la loi de contact entre grains et entre grains et grille une dégradation des propriétés avec les cycles.
En parallèle de la mise au point et de la réalisation des simulations numériques, on se propose de concevoir des expérimentations mécaniques spécifiques réalisées sous tomographie RX de manière à évaluer la pertinence de la modélisation numérique dans sa description des mécanismes d’interaction matériau granulaire – grille. Quelques configurations ou cas de référence seront ainsi analysées de manière à s’assurer que la modélisation numérique reste bien proche de la réalité des phénomènes. On souhaite ainsi étudier à l’échelle des mailles de la grille les mouvements induits par un chargement appliqué (en particulier cyclique) simultanément à la prise d’images.
Au-delà de la compréhension des mécanismes mis en jeu et de l’identification des paramètres clés, on souhaite pouvoir proposer des éléments objectifs de choix pour le dimensionnement de la géogrille de renforcement ou sa mise en oeuvre et évaluer la capacité et les possibilités des méthodes numériques existantes à décrire, dans un calcul à l’échelle de l’ouvrage, le comportement et le rôle des renforcements.

 
Mots clés : Inclusion, Milieu granulaire, Méthode des Eléments Discrets, Tomographie RX, Interaction sol-structure, Géogrille


 
Profil et compétences requises
  • Formation initiale en mécanique et génie civil, idéalement en géomécanique/géotechnique, compétences avérées et intérêt pour la programmation et la modélisation numérique, notamment des phénomènes d’interaction sol-structure, une expérience en microtomographie RX / méthodes de traitement d’images / micromécanique des matériaux granulaires serait un plus.
  • Niveau de français requis : A2
 
Informations générales :
  • Localisation : laboratoire 3SR, domaine universitaire de Saint-Martin d’Hères
  • Concours contrat doctoral de l’ED IMEP2
  • Date limite de candidature : 15/05/2021
  • Date (prévisionnelle) de début de contrat : 01/10/2021
  • Salaire brut 1758€/mois
  • Contact : fabrice.emeriault@3sr-grenoble.fr
Mis à jour le 4 mai 2021
Recrutement

Analyse numérique du comportement des pieux en interaction avec le sol, sous chargement multidirectionnel cyclique

le 4 mai 2021
Résumé du projet:
Ce projet de thèse envisage une étude numérique de pieux d’ancrage d’éoliennes flottantes soumis à des chargements cycliques et dont la direction de chargement varie (chargement multidirectionnel). Le comportement du pieu, lui-même plus ou moins flexible, dépend également fortement du comportement du sol dans lequel il est installé. Le problème d’interaction sol-structure est d’autant plus complexe que le chargement est cyclique, voire dynamique, et multidirectionnel.  La prédiction des déplacements en tête du pieu et des sollicitations induites dans celui-ci est alors difficile et dépend de nombreux facteurs.
L’approche par une étude numérique telle qu’envisagée au cours de cette thèse nécessite principalement i) le développement d’un modèle numérique tridimensionnel prenant explicitement en compte le pieu, le massif de sol et l’interaction sol-pieu, ii) la mise en œuvre de lois de comportement du sol et de l’interface sol-pieu pertinentes au regard du chargement, iii) le développement de procédures de chargement complexe (chargement multidirectionnel dans les directions horizontale et verticale, chargement cyclique, voire dynamique). Un tel modèle permettra d’analyser finement le comportement du système et de mener des études paramétriques sur différents facteurs géométriques, géotechniques et de chargement, en vue de l’élaboration de méthodes de prédiction.
 
Mots clés : géotechnique, géomécanique, fondations profondes, interaction sol-structure, modélisation numérique, chargement cyclique, chargement multidirectionnel.
Geotechnics; geomechanics; numerical modelling; deep foundations; soil-structure interaction; numerical modelling; cyclic loading; multidirectional loading.
 
Informations générales :
  • Localisation : laboratoire 3SR, domaine universitaire de Saint-Martin d’Hères
  • Concours contrat doctoral de l’ED IMEP2
  • Date limite de candidature : 15/05/2021
  • Date (prévisionnelle) de début de contrat : 01/10/2021
  • Salaire brut 1758€/mois
  • Contact : orianne.jenck@3sr-grenoble.fr
Profil et compétences requises
  • Formation initiale en géotechnique/géomécanique (Master/Diplôme d’ingénieur),
  • Compétences en modélisation numérique, en particulier sur les problèmes d’interaction sol-structure relatifs aux ouvrages géotechniques : maîtrise préalable d’au moins un logiciel/code de calcul dédié à ces problématiques,
  • Bonne compréhension des modèles de comportement des sols,
  • Aptitude à la programmation,
  • Maîtrise de l’anglais (C1) et du français (A2).
Mis à jour le 4 mai 2021
Recrutement

PhD Position : Auto-organization and mechanical properties of self-healing composite gels

le 30 avril 2021

Localisation

Project summary

New generation of self-healing hydrogels composed of nanoparticles incorporated into a 3D bio-polymeric matrix (see figure) are revolutionizing medical implants technologies. However, the microscopic mechanisms controlling their self-assembly and at the origin of their mechanical properties remains poorly understood, which hinders a technological breakthrough.

This PhD research program aims at lifting this lock by combining complementary expertise of 2 labs in Grenoble: (i) cutting-edge computational techniques through large scale coarse-grained molecular dynamics simulations and experimental investigations of the mechanical behavior of heterogeneous materials at 3SR lab; (ii) physico-chemical formulation as well as structural characterization of hydrogels at CERMAV using NMR spectroscopy, Dynamic Light Scattering and Transmission electron microscopy. The goal of the PhD is to elucidate:

  • How does the kinetics of the self-assembly sculpt the complex spatial organization of the micro-structure for composite gels ?

  • What are the microscopic mechanisms governing their toughening under mechanical loads ?

  • What are the impacts of the NPs spatio-temporal organization and polymers-nanoparticle bond dynamics on their self-healing abilities ?

Location and practical aspects

The successful candidate will benefit from the international outreach of the University of Grenoble Alpes. The core of the thesis will be on computational modeling at laboratory Soils, Solids, Structures, Risks in the “CoMHet” team gathering renowned experts in the physics and mechanics of divided media, soft architectured and bio-mimetic materials. In parallel, the PhD student will also contribute to experiments at CERMAV, a fundamental research CNRS laboratory which has internationally recognized expertise in the controlled chemical modification of natural carbohydrate polymers, their assembly in functional materials and their physico-chemical characterizations.
– Requests for thesis grant funding submitted and expertise in progress.
– Starting date: November 2021 for a period of 3 years.

Profile and required skills

Candidates with academic backgrounds in statistical physics, soft matter or physico-chemistry are expected. Specific skills in numerical modeling will be strongly appreciated. Additional knowledge in polymer physics and colloidal materials will be interestingly examined.

Interested candidates should send their CV, a cover letter and official transcripts of the last two years before 2021, May the 21st to Mehdi Bouzid, mehdi.bouzid@3sr-grenoble.fr.

Mis à jour le 16 avril 2021
Recrutement

PhD position : Contaminants transport through (nano) cellulose fibers networks: 3D characterization and mult-scale modelling

1 avril 2021 - 30 avril 2021

Localisation

Saint-Martin-d'Hères - Domaine universitaire
The end of single plastic packaging is scheduled in France (~2030) and in Europe (~2040). Cellulosic materials such as paper and cardboard are today the only viable bio-sourced alternative, biodegradable and already 70% recycled, which can reach a mass market. Paper is a multiporous material with a large surface area accessible to contaminants. The transport of contaminants via the gas phase or cycles of (ad)sorption/desorption between the different components (shipping boxes, paper, and board), between the fibers and finally between the food particles (powder, grains, flake) is supposed to be the critical factor in food packaging. The roles of the connectivity of voids, micro-, and macro-pores, and the effects of the entanglement of fibers, specific surface area, surface composition, and relative humidity are poorly understood.

The aim of this PhD work is i) to perform an experimental characterization of the organization and morphologies of the fibrous network at microscopic and nanoscopic scales (from hundreds μm down to
20 nanometers) using X-ray Tomography. New materials with MFC based functional barrier will combine 150 to 400 μm thick paper with a 30 μm thick MFC (cellulose microfibres) layer. A stepwise procedure will be applied according to the size of the considered fibers in each layer and at their common interface. and ii) to reconstruct the 3D numerical models of such networks and fibers. These 3D models will be then use to investigate numerically contaminants transport through the (nano) cellulose fibers networks. The results of such multi-scale modelling will be compared to experimental data.
 

General information:

  • Workplace: Laboratoire 3SR, Grenoble, France. This work will done in collaboration with the CTP (Centre Technique du Papier) in Grenoble.
  • Contract from ANR FoodSafeBioPack
  • Expected date of employment: 1st October 2021
  • Deadline for application: 1st May 2021
  • Growth monthly salary is about 2780€.
  • Desired level of education: Master degree or equivalent
  • Contact: Christian.geindreau@3sr-grenoble.fr, sabine.rollandduroscoat@3sr-grenoble.fr
 

Skills

This PhD position requires strong skills in material science and numerical modeling. An experience in
image processing and X-ray tomography is a plus.

Interested in this position? please send a CV, a motivation letter and your transcripts to the contact persons

Mis à jour le 14 avril 2021
Algorithme de décomposition de domaine
Algorithme de décomposition de domaine
Recrutement

Allocation Doctorale : Simulations HPC de structures

le 30 avril 2021
Début de la thèse prévue pour septembre 2021
Durée: 3 ans
Simulations multi-échelles à large amplitude pour les structures béton armé : apport des méthodes de décomposition de domaines à l'échelle mésoscopique
L'objectif de ce projet de thèse est de développer un cadre permettant de faire des simulations numériques d'éléments de structures du Génie Civil en béton armé tout en prenant en compte explicitement les hétérogénéités du matériau. Afin d'optimiser les ressources numériques nécessaires, une méthode de décomposition de domaines sera développée permettant de distribuer de multiples simulations concomitantes.

Thématique

Le vieillissement des structures de Génie Civil entraîne d'importants questionnements économiques et écologiques quant au choix entre leur maintenance ou leur remplacement. C'est dans ce contexte que se justifie l'approfondissement des connaissances sur le comportement des matériaux cimentaires, de leurs mécanismes de dégradation à court et long terme ainsi que de leur comportement au sein d'une structure.
Ce domaine scientifique requiert des compétences interdisciplinaires : mécanique des milieux continus non linéaires, comportement des matérieux cimentaires, transferts de masses dans les milieux poreux, calcul numérique à haute performance.

Il est aujourd'hui clairement établi que les mécanismes de dégradation des structures en béton observés à l'échelle macroscopique trouvent leurs origines dans un ensemble de phénomènes physiques et chimiques qui s'opèrent à une échelle plus fine. Leurs conséquences à l'échelle macroscopique sont importantes et ont une influence notable sur la durabilité des structures et donc leur durée de vie.
Ce constat est la pierre angulaire de ce projet qui a pour but de renforcer les liens entre ces échelles.

Domaine

Le cadre du projet est le développement de méthodes numériques permettant de rendre compte du comportement mécanique des matériaux cimentaires en modélisant leur structure à différentes échelles. Les échelles retenues sont:

  • Pour l'échelle fine : l'échelle mésoscopique (de l'ordre du mm) pour laquelle sont modélisées les hétérogénéités du matériau (agrégats et macro porosité) ainsi que des éléments d'armatures.
  • Pour l'échelle macroscopique : l'échelle de la structure (de l'ordre de quelques décimètres) pour laquelle des sollicitations classiques d'éléments sont modélisées (poutres, poteaux, ...)

La modélisation du comportement mécanique rentre dans le cadre des modèles mésoscopiques [Wriggers, 2006] via l'utilisation d'une méthode Éléments Finis Enrichis adaptés aux matériaux hétérogènes quasi-fragiles [Roubin, 2015a]. Des campagnes expérimentales sous tomographie à RX ont permis de valider la pertinence de ces méthodes [Stamati, 2019] dans un tel cadre. Cependant, les ressources numériques nécessaires aux approches mésoscopiques contraignent les applications à des calculs à l'échelle du matériau.
 

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Modèle mésoscopique utilisé [Roubin, 2015a]

Afin de pouvoir appliquer ce type de modèle à l'échelle de la structure, plusieurs approches sont envisageables :

  • Des méthodes de réduction de modèle : le comportement de la mésostructure est projeté sur une base de modes propres obtenus par la POD.
  • Des méthodes de couplage fort entre les échelles : le comportement de la mésostructure est homogénéisé numériquement aux points d'intégration du calcul macroscopique (méthode des « éléments finis au carré »).
  • Des méthodes de décomposition de domaines : l'échelle macroscopique est « découpée » en plusieurs sous-domaines qui font l'objet de calculs mésoscopiques quasi-indépendants. À l'échelle de la structure, un unique calcul macroscopique grossier est nécessaire, permettant de contrôler les conditions aux limites de chaque calcul fin. Ceux-ci peuvent ainsi être distribués sur des ressources différentes (CPU, RAM).

L'impact de la mésostructure sur le comportement des structures de Génie Civil n'étant pas encore clairement identifié, c'est la méthode de décomposition de domaines qui est retenue dans ce projet. Contrairement aux deux autres approches présentées, elle conserve l'intégralité de la réponse à l'échelle fine au niveau de la structure, ce qui semble pertinent dans le cadre de la modélisation de propagations de fissures. Le développement de ces méthodes sera basé sur des algorithmes éprouvés depuis des décennies dans le cadre de l'élasticité linéaire et l'attention sera particulièrement portée sur le choix des fonctions d'interpolations entre les sous domaines (comme les méthodes « mortiers ») [Wohlmuth, 2001].

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Résultats préliminaires

Objectifs

L'objectif de ce projet de thèse est de développer des méthodes de décomposition de domaines afin de pouvoir effectuer des calculs mésoscopiques rendant compte explicitement de la mésostructure et des éléments d'armature à l'échelle de la structure.

Le premier objectif est de travailler sur un verrou scientifique lié au couplage entre le modèle utilisé et les méthodes de décomposition de domaines. Il n'a pas encore été montré dans la littérature que les modes de rupture des matériaux cimentaires (fissuration), et plus généralement que les comportements non linéaires adoucissants, sont modélisables avec ces méthodes de décomposition. La problématique principale est de réussir à modéliser la propagation des fissures à travers plusieurs sous-domaines, sans modification due à la frontière. Des études préliminaires ont montré des signes prometteurs si les fonctions d'interpolation des problèmes d'interface sont bien choisies (mortiers) [Vallade, 2016].

Le deuxième objectif est d'appliquer ce cadre numérique à des calculs de structure, alliant ainsi, de façon innovante et directe, l'échelle mésoscopique et l'échelle de la structure. Des essais récents effectués sur des nouveaux types de renforts (câbles) pourront être une base de données expérimentales nécessaire à la validation du modèle [Colyvas, 2020].

Contexte

Dans le cadre de l'étude du comportement mécanique des matériaux cimentaires l'échelle mésoscopique porte une quantité importante d'informations liées à sa structure comme la géométrie et la topologie de la morphologie, les propriétés mécaniques de ses phases, les différents mécanismes de fissurations. Les modèles de simulation dits « mésoscopiques » s'intéressent à représenter ces informations aux échelles fines (résolution de l'ordre du millimètre) afin de les prendre en compte explicitement. Ainsi, ces modèles permettent d'adopter une démarche explicative afin d'analyser les conséquences de la mésostructure sur le comportement macroscopique du matériau qui émerge naturellement des simulations.

Les différentes phases matérielles de la mésostructure du matériau étant explicitement représentées (agrégats, porosité, pâte de ciment, ...), la phénoménologie nécessaire pour représenter un comportement donné est donc nécessairement moins complexe que celle employée par des modèles macroscopiques. Cependant, d'un point de vue technique, cet avantage est à mettre en opposition avec la complexité accrue de la méthode de calcul inhérente à la représentation de la mésostructure.

Parmi les problèmes rencontrés par ces approches, ce projet s'intéresse à réduire les coûts des simulations (le coût étant directement lié à la finesse de la discrétisation de la mésostructure) en adoptant des méthodes de décomposition de domaine. De telles approches permettraient, en réalisant des simulations plus performantes, de faire évoluer les problématiques qui peuvent être adressées vers deux échelles opposées : l'échelle de la structure (taille de l'ordre du mètre) et l'échelle microscopique (hétérogénéités de l'ordre du dixième de millimètre).

La mise en place de ces méthodes entraînera l'utilisation du supercalculateur régional (UMS Gricad, hébergé par l'UGA), voir national (Jean Zay).

Méthode

Plusieurs choix de méthodes sont nécessaires pour établir le cadre numérique de ce projet: a. le modèle morphologique nécessaire à la représentation des hétérogénéités de la mésostructure b. le modèle mécanique permettant de rendre compte de la fissuration du béton dans un cadre hétérogène c. la méthode de décomposition de domaines permettant d'effectuer les calculs à l'échelle de la structure.

  1. Modèle morphologique: le modèle retenu est basé sur le principe d'excursions de champs aléatoires corrélés [Roubin, 2015b]. Il permet en effet de pouvoir assurer des conditions de continuité aux bords des sous domaines et de générer des morphologies aléatoires à plusieurs phases et à formes non idéales (entraînant ainsi des concentrations de contraintes plus réalistes).
  2. Modèle mécanique : la méthode des Éléments Finis doublement Enrichis est retenue ici [Roubin, 2015a]. Développée par l'équipe encadrante depuis bientôt 10 ans, les récentes campagnes expérimentales ont montré la pertinence de son utilisation dans le cadre de la fissuration des bétons [Stamati, 2019].
  3. Décomposition de domaines : la décomposition de domaines est à voir dans ce projet comme un moyen de communiquer entre l'échelle mésoscopique et l'échelle de la structure . Les différentes méthodes peuvent se regrouper en deux familles : les méthodes séquencés (communication unidirectionnelle de l'échelle macroscopique vers l'échelle fine) et les méthodes intégrées (communication dans les deux sens) [Feyel, 2001]. C'est dans ce dernier cadre que le modèle est utilisé et le raccord entre les est effectué afin d'assurer la continuité des déplacements et des contraintes entre les sous domaines (méthodes hybrides) [Allix et Gosselet, 2020].

Le développement du modèle mécanique a été pensé dans l'optique d'une stratégie multi-échelle et possède les moyens techniques de communication nécessaires à la décomposition de domaines (développement orienté composant, [Kassiotis, 2008]).
En mode de production, ces méthodes nécessitent l'utilisation de supercalculateurs au moins de la taille des supercalculateurs régionaux (politique encouragée par le CNRS) pour pouvoir analyser l'extensibilité des calculs (scalability). L'Université Grenoble Alpes héberge le super calculateur de notre région (Gricad) dont l'accès est ouvert à ce genre de projets académiques. La possibilité de rejoindre le super calculateur national (Jean Zay) géré par la société civile GENCI (Grand Équipement National de Calcul Intensif) est également envisagée.
 

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Utilisation des calculateurs régionaux

Résulats attendus

  • Lever le verrou scientifique relatif à la propagation de fissures macroscopiques en EF et en utilisant une méthode intégrée de décomposition de domaines.
  • Appliquer la méthode à des éléments de structure en béton armé, jusqu'à la comparaison avec des essais issus de la littérature.
  • Ouvrir des perspectives vers la modélisation mécanique de structures complètes jusqu'à rupture. Avec prise en compte des conditions environnementales (par exemple l'état hydrique). 

Références bibliographiques

  1. [Wriggers, 2006] Mesoscale models for concrete: Homogenisation and damage behaviour, Finite Elements in Analysis and Design, 2006.
  2. [Roubin, 2015a] Multi-scale failure of heterogeneous materials: A double kinematics enhancement for Embedded Finite Element Method, International Journal of Solids and Structures, 2015.
  3. [Stamati, 2019] Tensile failure of micro-concrete: from mechanical tests to FE meso-model with the help of X-ray tomography, Meccanica, 2019.
  4. [Wohlmuth, 2001] Discretization Methods and Iterative Solvers Based on Domain Decomposition, Lecture Notes in Computational Science and Engineering, 2001.
  5. [Vallade, 2016] Modélisation multi-échelles des shales : influence de la microstructure sur les propriétés macroscopiques et le processus de fracturation, Thèse, 2016.
  6. [Colyvas, 2020] Behavior of Reinforced Concrete Beams using Wire Rope as Internal Shear Reinforcement, Engineering, Technology & Applied Science Research, 2020.
  7. [Roubin, 2015b] Mesoscale modeling of concrete: A morphological description based on excursion sets of Random Fields, Computational Materials Science, 2015.
  8. [Feyel, 2001] Multi-scale non-linear FE2 analysis of composite structures: damage and fiber size effects, 2001, Revue européenne des ÉlémentsFinis : NUMDAM'00.
  9. [Allix et Gosselet, 2020] Non intrusive Global/local coupling techniques in solid mechanics:  an introduction to different coupling strategies and acceleration techniques, Modeling in Engineering Using Innovative Numerical Methods for Solids and Fluids, 2020.
  10. [Kassiotis, 2008] coFeap's Manual, LMT-Cachan internal, 2008.
  11. [Stamati, 2020] SPAM: Software for Practical Analysis of Materials, Journal of Open Source Software, 2020.

Localisation

Saint-Martin-d'Hères - Domaine universitaire
Mis à jour le 19 mars 2021
Recrutement

Poste de Maître de Conférences

le 31 mars 2021
Poste de Maître de Conférences à Grenoble INP et au Laboratoire 3SR: Mécanique numérique avancée aux échelles micro/nano.
Mis à jour le 26 février 2021
Recrutement

Poste de Professeur des Universités

le 31 mars 2021
Poste de Professeur des Universités à Polytech Grenoble et au laboratoire 3SR: Méthodes numériques pour la géomécanique et le génie civil.
Mis à jour le 26 février 2021