Description

Ce projet de doctorat vise à étudier l’initiation et l’évolution de la déformation localisée autour des excavations souterraines dans des roches poreuses hétérogènes et anisotropes, un enjeu clé pour la stabilité et l’intégrité des forages profonds et des galeries dans le contexte de la transition énergétique. Les excavations profondes dans les formations naturelles induisent des redistributions de contraintes tridimensionnelles complexes, et les modes de localisation de la déformation qui en résultent dépendent fortement des chemins de chargement multiaxiaux, ainsi que de l’anisotropie et de l’hétérogénéité naturelles de la roche. Malgré leur importance pour les applications d’ingénierie, ces conditions in situ restent insuffisamment représentées dans les ensembles de données expérimentales existants et ne sont que partiellement prises en compte dans les approches de modélisation actuelles.
Sur le plan expérimental, le projet proposé combinera des essais triaxiaux vrais particulièrement innovants sur des éprouvettes prismatiques de grès creuses, avec un dispositif d’imagerie in operando permettant de suivre l’apparition et la propagation de la déformation localisée lors d’une dépressurisation contrôlée de la cavité. Une évaluation systématique de la polarisation du champ de contraintes, de l’endommagement près de la cavité, de la transition vers la localisation, ainsi que des effets de l’anisotropie et de l’hétérogénéité du matériau sous des chemins de contraintes représentatifs des conditions d’excavation, permettra d’obtenir un ensemble de données expérimentales inédit.
Du point de vue numérique, l’étude commencera par comparer des modèles classiques d’éléments finis élastoplastiques aux résultats expérimentaux et évaluera la capacité des lois de comportement classiques à reproduire la réponse de la roche lors d’une dépressurisation de cavité sous chargement multiaxial. Une seconde composante, multi-échelle, s’appuiera sur un modèle hiérarchique FEM×DEM intégrant les mécanismes à l’échelle du grain (perte de cohésion, fragmentation des grains, réarrangement du réseau granulaire) et des distributions d’hétérogénéité contrôlées. L’étude numérique apportera de nouvelles perspectives sur la capacité des modèles multi-échelles avancés à reproduire les mécanismes gouvernant le développement des dommages autour des excavations profondes. Cette étude apportera également une méthodologie alternative afin réaliser des modèles prédictifs capables de prendre en compte des chemins de contraintes réalistes et la complexité microstructurale.

Compétences requises

Le ou la candidat.e doit avoir une solide formation en mécanique des solides, une certaine familiarité avec la géomécanique, ainsi qu’un enthousiasme pour les méthodes expérimentales non-conventionnelles et les simulations numériques. Le ou la candidat.e idéal doit avoir une expérience en programmation ou d’analyse de code dans des langages de programmation scientifique tel que Matlab/Python ou Fortran/C/C++. De plus, une expérience dans la génération et l’analyse de données expérimentales (e.g., méthodes d’imagerie, instrumentation, préparation d’échantillons, etc.) est souhaitable. De solides compétences en communication orale et écrite en anglais sont indispensables.

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Mots clés

forage et galerie , méthode numérique multi-échelle , anisotropie, localisation de la déformation, géomécanique, mécanique des roches