Couplage Multi-Physiques et Multi-échelles
en Mécanique Géo-environnementale ééé
Axe 1 : Mécanique et Géosciences
Cet axe de recherche a pour mission de favoriser les interactions entre des
communautés provenant de la Mécanique et des Géosciences et de développer des actions de
recherche communes. L’accent sera notamment mis sur la modélisation des systèmes
mécaniques à structure hétérogène, discrète et évolutive, ainsi que sur la transition de la petite
échelle (chimie, micro-physique à l’échelle du grain) à la grande échelle des processus
géologiques.
Dans cet axe de recherche trois thèmes seront abordées.
- Thème 1 : Processus granulaires.
Dans cet axe seront étudiés les différents processus d'érosion gravitaires, qui ont tous en commun
de mettre en place des écoulements granualires à rhéologie complexe. Cet axe de recherche se propose
de s'intéresser notamment à la rhéologie des matériaux granulaires secs ou des fluides biphasiques ;
à l'intégration de lois rhéologiques dans des modèles d'écoulement, éventuellement érosifs et sur des
topographies complexes ; le transport éolien ; les processus glaciaires et périglaciaires ; les processus
fluviatiles, littoraux et marins ; la modélisation analogique et numérique des processus tectoniques
et géomorphologiques ; les processus magmatiques.
Un des outils privilégiés pour aborder ces études sera les simulations discrètes.
- Thème 2 : Rupture et instabilités.
Ce thème porte sur les processus fondamentaux impliqués dans les instabilités
mécaniques observées dans la croûte supérieure (séismes, glissements lents, trémors,
instabilités de pente).
- Thème 3 : Réservoirs naturels.
Ce thème s'intéresse à répondre à une question fondamentale: si une
masse de fluide est extraite ou introduite dans le milieu réservoir, quelles sont les
conséquences en termes de capacité à prévoir, comme l’ampleur de la déformation, l’évolution
des propriétés hydrodynamiques (porosité, perméabilité,…) et des
propriétés thermo-physiques des fluides présents dans les réservoirs,
ou encore la rupture de la roche encaissante.
Un effort particulier sera consacré à l’étude des lois de comportement des roches
réservoirs conventionnels (carbonate, grès …) et non conventionnels (milieu argileux). Pour
déterminer ces lois rhéologiques, l’expérimentation de laboratoire est indispensable.
En parallèle, des modèles théoriques et/ou numériques, que ce soit des modèles obtenus par
homogénéisation ou des modèles de lois de comportement enrichis pourront permettre
d’interpréter les observations expérimentales.
Dans cet axe de recherche, il s'agira également d’étudier expérimentalement et de modéliser
l’évolution de la porosité et de la perméabilité, en relation avec des phénomènes naturels ou
induits.
- Animateurs : F. Radjaï (LMGC), J. Fortin (ENS-Laboratoire de Géologie)
Axe 2 : Changements d'échelles et problèmes couplés
- Thème 1 : Poromécanique non linéaire.
- Thème 2 : Phénomènes couplés aux petites échelles - des simulations atomistiques aux approches de micromécaniques continues.
- Animateurs : G. Pijaudier-Cabot (LFC-R), J. Yvonnet (Laboratoire MSME)
Nouveau : Une bibliographie sur ce thème se trouve ici.
Axe 3 : Risques naturels et durabilité des ouvrages
Les projets d’ouvrages, les évaluations de sûreté
d’ouvrages anciens, et les situations de risques naturels représentent des problématiques
complexes qui doivent être abordées de manière collective, en forte interaction avec les
industriels, bureaux d’étude et société d’ingénierie concernés.
- Thème 1 : Ouvrages souterrains, stockages souterrains.
Les stockages souterrains concernent le gaz naturel, les hydrocarbures liquides ou liquéfiés,
les produits chimiques à destination industrielle.
Les questions ouvertes qui concernent le GdR sont essentiellement l’étude, la compréhension
et la modélisation des couplages THMC (Thermique-Hydrique-Mécanique-Chimique) :
- comportements mécaniques, phénomènes de transport, et
processus physico-chimiques couplés,
- vieillissement-altération du milieu en contact avec le fluide stocké,
- remobilisation d’éléments initialement fixés à la roche réservoir (métaux lourds,
actinides, HAP).
- Thème 2 : Ouvrages en béton et en béton armé.
La durabilité des structures en béton et en béton armé dépend fortement de celle du matériau,
sensible aux dégradations d’origine physico-chimiques (carbonatation, pénétration des ions
chlorures, attaques sulfatiques ou par un milieu acide, gel-dégel).
Les questions ouvertes qui concernent le GDR sont encore liées principalement à l’étude des
couplages THMC :
- étude du comportement mécanique aux temps longs,
- modélisation des mécanismes multi-physiques de diffusion des ions agressifs dans le
béton et dans les structures en béton,
- étude des facteurs électrochimiques, mécaniques et hydriques couplés qui influencent
les mécanismes de vieillissement.
- Thème 3 : Ouvrage hydrauliques en terre.
Les barrages en terre, les digues fluviales et les digues maritimes sont des ouvrages en terre
soumis à des risques naturels dont l’intensité est susceptible de croître avec le temps. Les sols
de ces ouvrages sont essentiellement non saturés.
Les questions ouvertes qui concernent le GdR sont notamment l’étude et la modélisation :
- du renforcement des sols par traitement,
- des mécanismes élémentaires de détachement et de transport des particules de sol
érodés, afin de pouvoir passer ensuite à l’échelle des sols réels,
- du comportement hydro-mécanique non saturé dans le domaine quasi-saturé,
- du couplage érosion interne/comportement mécanique (endommagement, fissuration),
- du couplage érosion interne/rupture diffuse par instabilité,
- des phénomènes complexes en jeu pour les ouvrages maritimes (sollicitations
cycliques de saturation/désaturation, et couplages physico-chimiques).
- Animateurs : S. Benelli (Cemagref), F. Laouafa (INERIS)