Description

Les effondrements granulaires partiellement immergés, qu’ils soient d’origine naturelle (glissements sous-marins, érosion de falaises côtières) ou anthropique (ruptures de digues, rejets industriels), peuvent engendrer des vagues et des écoulements turbulents aux conséquences environnementales et socio-économiques majeures. Si des travaux récents ont mis en évidence le rôle du couplage entre la phase granulaire et la phase fluide dans la génération de ces phénomènes, les mécanismes micromécaniques à l’échelle du grain restent encore insuffisamment compris.

Cette thèse vise à analyser le transfert de quantité de mouvement entre un milieu granulaire et un fluide lors d’un effondrement partiellement immergé, en mettant l’accent sur l’influence de paramètres micromécaniques tels que la polydispersité, la porosité et les lois de contact (frottement, lubrification, capillarité). L’objectif est d’établir un lien qualitatif et quantitatif entre ces mécanismes à l’échelle microscopique et la dynamique macroscopique des vagues générées.

L’étude s’appuiera principalement sur une approche numérique innovante reposant sur le couplage d’une méthode des éléments discrets non lisses pour la phase granulaire et d’une méthode des éléments finis particulaires pour la phase fluide, permettant de décrire finement les interactions fluide–granulaire et la surface libre. Le modèle numérique sera enrichi par l’introduction de nouveaux mécanismes micromécaniques et optimisé afin de limiter les coûts de calcul.

Les résultats numériques seront confrontés à des données expérimentales issues de collaborations internationales, notamment à travers des essais d’effondrement granulaire réalisés en laboratoire. Cette validation permettra d’évaluer la robustesse du modèle et d’améliorer sa capacité prédictive. À terme, les travaux contribueront à une meilleure compréhension des phénomènes d’effondrement granulaire immergé et fourniront des outils de modélisation utiles pour l’évaluation et la prévention des risques naturels et industriels.

Compétences requises

Le(la) candidat(e) devra être titulaire d’un diplôme de niveau Master ou équivalent en mécanique, génie civil, génie mécanique, mécanique des fluides ou disciplines connexes. Un fort intérêt pour la recherche en mécanique des milieux granulaires, les interactions fluide–structure ou fluide–granulaire et les phénomènes multiphysiques est attendu. Le(la) candidat(e) devra posséder de solides bases en modélisation numérique et en mécanique des milieux continus et/ou discrets. Des compétences en programmation scientifique (notamment en Python et/ou C++) sont requises. Une connaissance préalable des méthodes numériques de type DEM, FEM ou méthodes couplées constitue un atout apprécié, sans être indispensable. Une appétence pour les approches expérimentales, la capacité à analyser et interpréter des données, ainsi qu’un bon niveau d’anglais scientifique sont attendus. Le(la) candidat(e) devra faire preuve d’autonomie, de rigueur scientifique, d’esprit critique et d’une capacité à travailler dans un environnement collaboratif et international.

Bibliographie

1) M. Robbe-Saule, C. Morize, Y. Bertho, A. Sauret & P. Gondret, Experimental investigation of tsunami waves generated by granular collapse into water, Journal of Fluid Mechanics, vol. 907, A11, 2021.
2) N. Lipiejko, et al., Wave Generation by Fluidized Granular Flows: Experimental Insights, Journal of Geophysical Research: Oceans, 2023
3) Kai-Li Zhao, Liu-chao Qiu, Yi Liu, Numerical study of water wave generation by granular-liquid mixture collapse using two-phase material point method, Applied Ocean Research, 137, 2023.
4) O Polanía, N Estrada, E Azéma, M Renouf, M Cabrera. Polydispersity effect on dry and immersed granular collapses: an experimental study Journal of Fluid Mechanics 983, A40 2024
5) Multiscale FEM-DEM model for spontaneous droplet digging in a hot granular bed
M Henry, N Coppin, S Dorbolo, V Legat, J Lambrechts International Journal of Heat and Mass Transfer 241, 126755.

Mots clés

Milieux granulaires, Interaction fluide–granulaire, DEM–PFEM, Génération d’ondes, Mécanique des contacts, Risques naturels