THEME 3 /Mécanique des Géo-matériaux et des Matériaux de Construction
| Animateurs | Laboratoire | Établissement |
| Jules Assih | Institut de Thermique, Mécanique, Matériaux (ITheMM) | Université de Reims Champagne-Ardenne |
| Cyrille Chazallon | Le laboratoire des sciences de l’ingénieur, de l’informatique et de l’imagerie (ICube) | INSA de Strasbourg |
| Albert Giraud | Géo-Ressources | Université de Lorraine |
| Mahdia Hattab | Laboratoire d’Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux (LEM3) | Université de Lorraine |
| Abdelouahab Khelil | Institut Jean Lamour (IJL) | Université de Lorraine |
| Christian Moyne | Laboratoire Énergies et Mécanique Théorique et Appliquée (LEMTA) | Université de Lorraine |
| Ismail Yutdas | MATériaux et Ingénierie Mécanique (MATIM) | Université de Reims Champagne-Ardenne |
Laboratoires impliqués : ICUBE ; LEMTA ; GeoRessources, IJL, LPMT, LEM3, ITheMM ; MATIM ; UEE (Université de Liège).
Cette thématique de recherche trouve ses applications dans les domaines du génie civil principalement. Les équipes liées au thème développent des travaux qui s’articulent autour de deux axes prioritaires, le premier concerne le Comportement Mécanique des Géomatériaux et des Matériaux Poreux, le second axe s’intéresse au comportement des structures telles que les Structures Hybrides et des Infrastructures Routières et les Ouvrages Souterrains. Une recherche transverse, commune aux deux axes, émerge tout à fait naturellement. On peut prendre l’exemple des Infrastructures routières qui associe ICUBE, LPMT et le LEM3. Dans cette action, l’étude des enrobés bitumineux est approchée par des modélisations numériques aux éléments discrets avec une attention particulière portée à l’action des charges roulantes qui génèrent des chaînes de force conduisant au niveau de la surface de contact à l’arrachement des granulats, puis en profondeur au cumul des déformations permanentes qui génèrent à leur tour des défauts de surface, de l’endommagement puis la propagation des fissures au cours du temps. Dans les chaussées non revêtues génératrices de poussières, sur les pistes de terrassement, l’arrachement des particules et des granulats en surface est analysé par le biais de la dégradabilité de surface des chaussées, la question inhérente se situe autour de l’importance de l’état hydrique du sol et la teneur en eau de surface qui prend ici une importance significative ainsi que l’action des charges roulantes. On retrouve dans ce projet une interaction forte avec la thématique plus large du comportement mécanique des géomatériaux qui réunit un nombre important de laboratoires de la région Grand Est (LEM3, LEMTA, ICUBE, LPMT, ITheMM, GeoRessources, IJL), et de Grande Région (Université de Liège).
Le développement d’outils numériques et expérimentaux de prédiction de la réponse des structures hybrides (Béton-AMF) pour une optimisation de précontrainte dans le béton est un projet tout à fait original qui cherche à coupler l’expérience du LEM3 sur le domaine des AMF, et celle des spécialistes du comportement des structures en béton d’une des universités de la grande région (Université du Luxembourg). En toute complémentarité à ce projet, l’université du Luxembourg s’associe par ailleurs à l’IJL pour une mise en œuvre optimisée d’un nouveau système de poutre mixte permettant de réaliser étape par étape les opérations de bétonnage une fois la poutre mise en place sur site.
Dans le domaine des sols, un des verrous scientifiques à lever concerne la micromécanique des milieux particulaires, en particulier argileux, non saturés. Le comportement de ces milieux multiphasiques, de structure complexe à plusieurs échelles est fortement dépendant de l’état hydrique, mais aussi de la composition chimique (pH, rôle des cations compensateurs pour les argiles chargées électriquement…) et de la température. La compréhension de ces couplages requiert, d’une part, une approche expérimentale rigoureuse et d’autre part, d’aborder son comportement par une approche micro-macro intégrant l’hydromécanique. L’investigation microstructurale fait apparaitre des mécanismes complexes pouvant s’activer et interagir à des échelles différentes, depuis l’échelle de la particule (éventuellement nanoscopique), jusqu’à l’échelle mésoscopique d’un ensemble de particules. Une avancée considérable sera franchie lorsque le comportement macroscopique incluant les phénomènes tels que l’état critique, la contractance/dilatance, le fluage, le retrait/gonflement, l’initiation et la propagation de la fissuration, etc. sera relié aux mécanismes locaux. Une double transition d’échelle pourra être alors être pensée pour décrire le comportement mécanique. Les apports méthodologiques du thème 1 pourront être mis à profit sur ces aspects.
La même problématique est rencontrée dans les matériaux cimentaires qui possèdent, comme les argiles, une microstructure multi-échelles et un comportement complexe fortement lié aux couplages physico-chimiques aux (toutes) petites échelles.
Le projet ambitionne d’approcher ces questions par le biais de l’observation expérimentale d’une part, et d’autre part par des approches de changement d’échelles basées sur ces observations. L’utilisation de moyens complémentaires d’investigation sera envisagée (microscopie, porosimétrie au mercure la micro-tomographie etc…).
Les ouvrages souterrains constituent également un axe de recherche important en lien avec des enjeux régionaux et nationaux (gestion du risque minier, centre de stockage CIGEO, tunnels ferrovières alpins ou dans les grandes métropoles, etc.). L’activité de recherche porte ici sur la caratérisation du comportement des géomatériaux et la modélisation du comportement mécanique des ouvrages dans leur globalité dans une perspective d’évaluation de leur fiabilité (probabilité de ruine) et de leur impact en surface (vulnérabilité des ouvrages et des territoires). Une originalité est la présence d’un dispositif expérimental original permettant de réaliser des modèles réduits 3D d’ouvrages souterrains en pilotant l’état de contrainte. Le développement de modèles réduits discontinus réalisés par fabrication additive permet des connections entre plusieurs laboratoires (IJL et GéoResources par exemple).