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Comportement mécanique des sols et des roches

Mots clés : micromécanique expérimentale et numérique des milieux granulaires, approches multi-échelles, homogénéisation numérique, modèles phénoménologiques, comportement en régime cyclique et/ou dynamique, instabilités et dégradation, mesures de champs.


La prise en compte d’une échelle micro et les liens que nous établissons avec l’échelle macro, tant du point de vue expérimental que du point de vue de la modélisation, est la caractéristique la plus forte de nos travaux de recherche sur le thème du comportement mécanique des géomatériaux (sols et roches). Cela renouvelle considérablement cette thématique pourtant ancienne et permet d’introduire une complexité dans l’analyse qu’il était difficile d’appréhender auparavant. Sur le plan expérimental, nous bénéficions d’avancées technologiques en imagerie (photographie très haute résolution, micro-tomographie à rayons X de laboratoire et nano-tomographie (sub-micrométrique, synchrotron) qui nous permettent à la fois de saisir l’échantillon en entier et de descendre dans l’échelle de description : celle des grains dans les milieux granulaires (par exemple sables et grès), celle des inclusions dans les roches argileuses. Il devient ainsi possible d’analyser les micro-mécanismes de déformation durant les régimes de déformation diffuse et de déformation localisée et d’établir le lien avec le comportement macroscopique du matériau. Ces informations sont sans précédent dans la communauté internationale. Il est par ailleurs remarquable et parfaitement cohérent que ce caractère multi-échelles se développe également dans nos approches de modélisation. Nos derniers développements en la matière s’orientent vers les méthodes d’homogénéisation numérique, la loi de comportement macro résultant d’un calcul numérique à la petite échelle, celle du Volume Elémentaire Représentatif (VER), en l’occurrence par une méthode aux éléments discrets pour les milieux granulaires, ou bien par une méthode aux éléments finis pour les roches argileuses. Ces méthodes d’homogénéisation numérique, rendues accessibles par la performance croissante des puissances de calcul informatiques, offrent l’avantage de pouvoir introduire de la complexité assez naturellement : microstructure réaliste, anisotropie du comportement, comportement cyclique, etc. Nous sommes en mesure à présent de les utiliser pour des calculs à grande échelle, y compris dans des états de déformation avancée présentant de la localisation de la déformation.