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Modélisation et expérimentation multi-échelle pour les solides hétérogènes

Les travaux de l’équipe « Modélisation et expérimentation multi-échelle pour les solides hétérogènes » (ou « Multi-échelle » en abrégé) visent à comprendre le comportement des matériaux par l’analyse des mécanismes physiques élémentaires interagissant à l’échelle de leur microstructure et à contruire, par changement d’échelle, des lois de comportement, utilisables dans des codes de calcul, fondées sur cette connaissance.

Par opposition aux approches d’identification macroscopiques plus classiques, cette démarche offre la potentialité de justifier sur des bases physiques l’extrapolation des résultats d’essais de laboratoire nécessairement limités en nombre et en conditions de sollicitation. De plus, par le lien direct qu’elle permet d’établir entre propriétés globales et microstructures, elle ouvre la voie à l’optimisation de ces dernières. Elle est également à même d’aborder de manière efficace les situations où les couplages complexes entre diverses propriétés physiques (mécaniques, thermiques, hydriques,…) rendent délicates la formulation directe de lois de comportement macroscopiques.

Cette méthodologie s’avère toutefois de mise en œuvre délicate. Il faut en effet être capable de décrire avec un degré de détail suffisant les microstructures des matériaux, c’est-à-dire l’organisation géométrique de leurs divers constituants. Cette opération peut être délicate, notamment dans le cas de matériaux aléatoires dont la structuration peut se décliner sur une vaste gamme d’échelles. Il faut ensuite disposer d’informations qualitatives et quantitatives sur les modes de déformation, réversibles ou irréversibles, des constituants élémentaires ou de leurs interfaces. Il faut enfin savoir décrire les interactions entre ces mécanismes au sein de la microstructure, conduisant, au travers de processus de moyennes complexes, à la réponse globale d’un élément de matière. Développer une telle démarche exige la combinaison de compétences très diverses, à la fois en expérimentation, en modélisation théorique et en simulation numérique.

L’objectif de l’équipe, constituée en 2011, est, d’une part, de faire progresser les diverses composantes méthodologiques d’une telle démarche et, d’autre part, à les mettre en œuvre, dans le cadre d’applications concernant principalement les matériaux et structures du génie civil, du stockage et de l’énergie. Elle résulte de la réunion de compétences complémentaires, notamment issues des anciennes équipes "Micromécanique et Calcul de Structures", plus orientée vers les techniques de changement d’échelle, et "Imagerie et matériaux", plus portée vers l’expérimentation, et de la volonté commune de les faire interagir. Son projet scientifique transverse l’amène naturellement à interagir avec les autres équipes du laboratoire. Elle regroupe actuellement une dizaine de chercheurs permanents et une vingtaine de doctorant. Ses trois pôles méthodologiques (Expérimentation - Modélisation - Simulation) présentés ci-après forment l’assise pour aborder, selon un continuum d’échelle sallant du nanomètre au kilomètre, diverses questions ouvertes d’intérêt pour les domaines du génie civil et environnemental.

  • Expérimentation micromécanique

Imagerie des microstrutures, Analyse d’image

Plateforme de microtomographie, Expérimentation in situ

Nanoindentation (en cours d’acquisition)

Mesures multiéchelles de champs cinématiques (corrélation d’images 2D et 3D)

  • Modélisation théorique

Théorie du changement d’échelle

Modélisations micromécaniques en champs moyens (comportements linéaires et non linéaires,

Homogénéisation et calcul des structures de génie civil

  • Simulation numérique

Simulations moléculaires : Monte Carlo ou dynamique moléculaire

Calcul de microstructures, méthodes numériques en champs complets

Optimisations algorithmiques

  • Problématiques transverses

Couplages thermo-hydro-chémo-mécaniques

Endommagement et microfissuration

Effets d’interfaces

MEMBRES DE l’ÉQUIPE au 1er janvier 2012

  • Chercheurs permanents
    • Michel Bornert
    • Sébastien Brisard
    • Patrick de Buhan
    • Luc Dormieux
    • Denis Garnier
    • Ghazi Hassen
    • Frédéric Le Goll
    • Eric Lemarchand
    • Nicolas Lenoir
    • Karam Sab (mi-temps)
    • Matthieu Vandamme
  • Personnel Administratif et Technique
    • Rachida Atmani
    • Marie-Françoise Kaspi
    • François Bertrand (temps partiel)
  • Post-Doctorants
  • Doctorants
    • François Bignonnet
    • Jean-François Bruchon [1]
    • Gregory Caratini
    • Benoît Carrier
    • Dayana Dib
    • Yassine El Assami
    • Vivien Esnault
    • Ababacar Gaye
    • Maxime Gueguin
    • Anne-Lise Guilmin
    • Zheng He
    • Van Tuan Nguyen
    • Viet Tuan Nguyen
    • Saeid Nikoosokhan [2]
    • Sidhom Maged
    • Florian Thomines
    • Duy Thuong Tran
    • Minh Tuan
    • Rong Wei Yang [3]
    • Qing Zhang [4]

[1] Thèse commune avec l’équipe Géotechnique

[2] Thèse commune avec l’équipe Milieux Poreux

[3] Thèse commune avec l’équipe Milieux Poreux

[4] Thèse commune avec l’équipe Rhéophysique