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ER4 : Couplages thermo-hydromécaniques et chimiques

Responsable de l'équipe : Nicolas Burlion

Dans de nombreux domaines d’applications, les matériaux et structures, et en particulier les géomatériaux, sont souvent soumis à des sollicitations complexes, couplées et d’origines diverses (Mécanique, Thermique, Hydraulique, Hydrique et Chimique). La modélisation des comportements des matériaux sous ces sollicitations couplées (THMC) est primordiale pour l’analyse de la stabilité et de la durabilité des structures. Durant les dernières décennies, un grand nombre de travaux scientifiques, essentiellement basés sur des approches phénoménologiques, ont été réalisés dans l’objectif d’une meilleure maîtrise des comportements en jeu. Il en ressort que l’une des voies de recherche les plus prometteuses pour les travaux sur les modèles de comportement se trouve dans le développement des approches multi-échelles. L’objectif visé est d’établir des liens clairs entre les mécanismes physico-chimiques aux échelles pertinentes et les réponses macroscopiques d’un volume élémentaire représentatif. Parallèlement à ces modélisations micro- macro, on assiste à un essor de nouvelles expérimentations et méthodes numériques de résolutions de problèmes aux limites complexes avec comme objectifs la prise en compte des phénomènes de couplages multi-physiques et la prédiction des processus de dégradation progressive et de rupture à court et à long terme.
Depuis quelques années, les membres de cette ER ont développé une série de travaux portant sur des études expérimentales et sur des modélisations théorique et numérique des couplages THMC dans les géomatériaux. Dans ces travaux, une grande complémentarité a été développée entre l’analyse expérimentale en laboratoire et in situ (tant au niveau de la caractérisation des évolutions de microstructures que de la détermination de comportements macroscopiques complexes), la formulation de modèles aux échelles appropriées et l’identification de ces modèles pour leur validation. S’agissant plus particulièrement des quatre dernières années, des efforts considérables ont été déployés dans l’équipe pour le développement de modélisations micro-mécaniques d’endommagement des géomatériaux quasi fragiles et/ou ductiles, l’amélioration de la modélisation du couplage plasticité-endommagement, l’étude des géomatériaux à microstructure en feuillets, ainsi que dans la prise en compte des couplages THMC au travers de modélisations performantes fiabilisées et utilisées pour le calcul d’ouvrages sensibles (stockages de déchets radioactifs, puits pétroliers). De plus, les modèles micro-macro proposés ont été implémentés dans des codes de calcul standard, ce qui a permis de les utiliser concrètement comme des outils de calcul numérique de structures sous sollicitations couplées.
Outre l’amélioration des expériences de laboratoire à l’échelle macroscopique, des avancées significatives ont été également réalisées dans le développement des approches expérimentales à caractère multi-échelles. L’ER dispose maintenant de moyens expérimentaux performants et d’expériences originales, fines et fiables pour la caractérisation des comportements des matériaux à différentes échelles ; ceci concerne aussi bien des essais sur échantillons à taille mésoscopique ou macroscopique que des analyses micro-tomographiques de matériaux hétérogènes en évolution. L’ER a par ailleurs développé des techniques expérimentales innovantes pour l’étude des propriétés de transport (en particulier les très faibles perméabilités) des milieux poreux (roches, matériaux cimentaires), pour l’étude de l’endommagement par retrait de dessiccation et pour le couplage en thermo-plasticité.