Thèse de doctorat en Mécanique des fluides, Procédés et Énergétique (Université de Grenoble)

LPrésenté par

LNejib HADDA

LJeudi 18 avril 2012 à 10h00

Irstea Grenoble (Salle Écrin)L

Titre. Aspects micromécaniques de la rupture dans les milieux granulaires.

Résumé. Les milieux granulaires présentent généralement un comportement macro-mécanique com-

plexe sous l’effet d’un chargement donné. Tenant compte de leur nature discrète, cette réponse macro-mécanique dépend essentiellement de l’évolution de la structure granulaire et des mécanismes se produi-sant à l’échelle du grain. Dans certaines circonstances, la réponse macroscopique peut donner lieu à une rupture au sein du milieu granulaire. Cette rupture peut intervenir à un état de contrainte-déformation donné atteint après une histoire de chargement donnée. Elle est effective lorsqu’elle se traduit à l’échelle macroscopique par l’effondrement brutal et total du matériau (grandes déformations, bouffée de l’énergie cinétique, perte de la capacité portante et annulation des contraintes,...). La rupture peut aussi avoir lieu sans transition d’un mode quasi-statique vers un mode dynamique, on parle alors de rupture non effective ; le système ne perd pas totalement sa capacité portante et arrive à se maintenir grâce aux réarrangements continus et favorables des particules qui le constituent. Dans le cadre de la mécanique classique des sols, la rupture se produit quand la limite plastique est atteinte (critère de Mohr-Coulomb). Pour les matériaux non associés tels que les milieux granulaires, il a été montré que la rupture peut se produire à des états de contrainte strictement à l’intérieur de la condition limite de plasticité. On parle de rupture diffuse lors-qu’il y a absence de localisation dans le champ de déformation. Dans le cadre de cette thèse, une analyse numérique basée sur une méthode aux éléments discrets a été conduite afin d’étudier les aspects macro et micromécanique de la rupture dans les milieux granulaires, puis de comprendre les phénomènes respon-sables de l’occurrence de la rupture qui se produisent à l’échelle du grain.Cette investigation numérique s’articule autour de trois axes. Tout d’abord, la détermination des points de bifurcation a été réalisée à partir d’une recherche directionnelle et de l’analyse du signe du travail du second ordre. Le critère du travail du second ordre a été mis en évidence à partir d’un point de bifurcation à travers la notion de perte de maintenabilité. Ensuite, une validation numérique du travail du second ordre calculé à partir des variables microscopiques a été menée, permettant par la suite de s’intéresser à l’évolution et la nature de la distribution spatiale des contacts où le travail du second ordre est nul ou négatif. Enfin, l’in-fluence du chemin de chargement et des paramètres de contrôle sur la nature (effective ou non effective) et le mode (diffus ou localisé) de rupture a été examinée à travers une série d’essais biaxiaux sur deux échan-tillons numériques bidimensionnels (dense et moyennement dense).

Jury.

M. Pierre-Yves HICHER Professeur à l’École Centrale de Nantes ExaminateurM. Richard WAN Professeur à l’Université de Calgary RapporteurM. Olivier MILLET Professeur à l’Université de la Rochelle RapporteurM. Farhang RADJAI Directeur de Recherche au CNRS à Montpellier ExaminateurM. Luc SIBILLE Maître de Conférence à l’Université de Nantes ExaminateurM. Félix DARVE Professeur à l’INP de Grenoble DirecteurM. François NICOT Directeur de Recherche à Irstea Grenoble DirecteurM. Franck BOURRIER Chargé de Recherche à Irstea Grenoble Membre invité