Saint-Martin-d'Hères - Domaine universitaire

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Les travaux menés dans cette thèse ont pour objectif d’étudier le comportement mécanique d’une poudre constituée de grains déformables en utilisant, de manière complémentaire, des essais expérimentaux et des outils numériques. Pour cela, une poudre polymère est testée mécaniquement dans un micro-tomographe à rayons X afin de déterminer et d’analyser l’évolution de la microstructure au cours du chargement. L’analyse des images 3D rend possible la modélisation du milieu granulaire par la méthode des éléments finis multi-particules. Cette méthode permet de simuler le comportement d’un ensemble de grains interagissant par contact auxquels sont attribués une loi de comportement élasto-plastique. Une méthode a été complètement développée afin de permettre cette analyse multi-échelles. La réponse ainsi simulée du milieu granulaire est comparable à celle observée dans l’expérimentation.

Le matériau constitutif du milieu granulaire est le polystyrène dont les géométries des grains sont relativement hétérogènes. La poudre est caractérisée mécaniquement par des essais de compression triaxiale de révolution menés à différentes pressions de confinement. Le dispositif de chargement triaxial est introduit dans un tomographe à rayons X afin de visualiser l’évolution de la microstructure granulaire au sein de l’échantillon pour plusieurs états de chargement. Un code de calcul de corrélation permet, à partir des volumes issus de la tomographie, de déterminer un champ de déplacement et, par la suite, un champ de déformation. L’analyse de la densité est également rendue possible grâce à la tomographie. Avec l’objectif d’étudier le comportement du milieu granulaire lors du chargement, les particules présentes dans les volumes issus de la tomographie sont identifiées individuellement, maillées puis introduites dans un modèle éléments finis multi-particules. Les conditions aux limites imposées à l’échantillon numérique sont générées en imposant aux grains en périphérie de l’échantillon des déplacements de même amplitude et de même direction que les déplacements calculés par la corrélation de volumes au niveau de ces mêmes grains.

Les simulations numériques éléments finis sont menées sur des volumes contenant plusieurs centaines de grains. Les calculs de déformation moyenne de ces volumes permettent une comparaison directe avec les déformations déduites de la corrélation des images 3D. Cette comparaison indique que la méthode de génération des conditions aux limites pour la simulation mécanique par éléments finis est valide. Il a cependant été remarqué que l’étude localisée de la densification de la poudre pour les grandes déformations est dépendante de la taille du volume simulé. Un calcul de contrainte moyennée sur le volume simulé est également mené afin de déterminer localement l’état de contrainte dans l’échantillon pour un comportement supposé du matériau constitutif des grains. Plusieurs simulations, menées en différents sous-volumes de l’échantillon rendent possible la génération d’un champ de contrainte. Compte tenu du nombre de calculs nécessaires pour aboutir à cette génération, seule l’évolution radiale de la contrainte a été estimée concernant les résultats présentés. Le calcul de la contrainte axiale par la simulation présente un autre avantage : le choix de certaines propriétés mécaniques du matériau constitutif des grains dans la simulation permet de se rapprocher de la contrainte axiale mesurée sur l’échantillon réel et donc de caractériser les propriétés mécaniques des grains en interaction.

Jury

• En savoir plus sur Thèse de Maxime Teil

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De nombreuses incertitudes liées aux mécanismes d'interaction entre les blocs rocheux et le versant naturel lors des chutes de blocs persistent ; la prévision de tels événements reste de ce fait encore incertaine. Néanmoins, les outils numériques et la puissance de calcul ne cessent d'évoluer. Si, auparavant, les calculs trajectographiques étaient restreints à des géométries simplifiées et à des mouvements balistiques en deux dimensions, il devient désormais possible d'y intégrer des raffinements tels que la forme complexe des blocs, des modèles numériques tridimensionnels de terrain d’une grande définition ou une prise en compte fine des mécanismes dissipatifs au niveau du point d'impact entre le bloc et le versant de propagation.

L’objectif principal de la thèse est d’analyser, avec un code numérique discret en trois dimensions, l’influence des paramètres de forme et d’interaction sur la nature du rebond dans un contexte d’ingénierie. Nous présentons tout d’abord une méthodologie d'identification et d'étude de sensibilité des paramètres de contact, élaborée et validée à partir d’expérimentations de laboratoire. Cette méthodologie a été appliquée par la suite à deux expérimentations de chute de blocs menées sur sites réels à moyenne et à grande échelle.

L’étude réalisée à moyenne échelle a permis de confronter le modèle numérique à des données obtenues lors d'une campagne expérimentale sur voies ferroviaires commanditée par la SNCF et menée en collaboration avec IRSTEA. Les analyses qui ont été réalisées ont porté sur les vitesses d’impact des blocs avec le ballast et les distances de propagation.

L’étude menée à grande échelle s’appuie sur plusieurs séries de lâchés de blocs réalisées sur le site expérimental de la carrière d'Authume dans le cadre d’un Benchmark proposé dans le cadre du Projet National C2ROP. L’objectif principal du Benchmark est de tester et de comparer entre eux des logiciels trajectographiques, des codes de calculs numériques et les pratiques d’ingénierie pour en définir la pertinence et les domaines de validité. Dans le cadre de la thèse, ce travail a été conduit en plusieurs phases (à l’aveugle puis avec des données partielles mesurées lors de la campagne d'essais) et nous présentons l'évolution de ces analyses à l'issue de chacune des phases. L’étude a porté principalement sur les vitesses, les hauteurs et les énergies de passage des blocs en certains points du profil de propagation, ainsi que sur les positions d’arrêt des blocs. Une étude sur l'influence de la forme des blocs sur les distances de propagations est également présentée.

Enfin, un Benchmark interne réalisé au sein de l'entreprise IMSRN montre l’importance, sur les analyses, de l'expertise de l'opérateur, et des conséquences de l'utilisation de différents outils trajectographiques (en 2D et en 3D). Ces travaux mettent en lumière les problématiques actuelles auxquelles sont souvent confrontés les bureaux d'études et les ingénieurs en charge des études de risques.

Jury

• En savoir plus sur Thèse de Bruna Garcia

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Following H. Tomita and C. Murakami we propose an analytical model to predict critical probability of percolation. It is based on the excursion set theory which allows us to consider N-dimensional bounded regions. Details are given for the 3D case and statistically Representative Volume Elements are calculated. Finally generalisation to the N-dimensional case is made.



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Slides de la présentation (PDF, 5.39 Mo)

• En savoir plus sur Emmanuel Roubin

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Le laboratoire Sols Solides Structures Risques (3SR – Université Grenoble Alpes / CNRS / Grenoble INP) s'est doté d'une table vibrante, un équipement rare - puisqu’il n’en existe que trois autres en France - qui permet de simuler un tremblement de terre et d’en mesurer l’impact sur une structure ou un ouvrage. Une acquisition capitale pour le projet porté par Yannick Sieffert, maître de conférences à l'Université Grenoble Alpes (UGA) et chercheur au laboratoire 3SR : étudier la résistance sismique des constructions traditionnelles dans des pays en voie de développement pour permettre leur utilisation lors de projets de reconstruction.

Comment reconstruire après un séisme ?

Le 12 janvier 2010, un séisme de magnitude 7,3 sur l’échelle de Richter ravageait la partie sud de l’île d’Haïti, détruisant 90% des habitations de sa capitale Port-au-Prince et faisant plus de 250 000 morts, 300 000 blessés et 1,3 million de sans-abris.

Lauréat de l’appel à projets Flash - Haïti lancé alors par l’Agence nationale de la recherche (ANR) pour aider à la reconstruction du pays, le laboratoire 3SR et le Labex AE&CC (Architecture, environnement & cultures constructives) démarrent le projet REparH (2010-2014) : "Partant du constat que les maisons en béton armé de la capitale avaient moins bien résisté que les maisons traditionnelles aux secousses sismiques, nous avons, en partenariat avec l’école d’architecture de Grenoble, développé des moyens de calcul par simulation numérique et des essais expérimentaux afin de caractériser le comportement de ces structures traditionnelles", explique Yannick Sieffert. 

• En savoir plus sur Table vibrante 3SR