Stages de recherche M1/E2

Liquéfaction de sols – une étude expérimentale

Encadrant : Renaud Toussaint, GE.

Sujet pour une personne.

Lors de tremblements de terre sur certains sols, on a à certaines fréquences et amplitudes liquéfaction du sol, dans lequel les structures s’enfoncent. La présence d’eau dans le sol affecte significativement ce comportement. On propose d’explorer expérimentalement les paramètres sous lesquels on observe une liquéfaction, dans une cellule vibrante. La capacité à s’enfoncer d’une structure expérimentale sera mesurée optiquement, et à l’aide d’accéléromètres sans fil.

Etude expérimentale d’air sparging

Encadrants : Renaud Toussaint, GE et Cécile Clément, GE

Sujet pour une personne

Dans des sols saturés, l’injection d’air permet de mobiliser le milieu et créer des zones mobiles. Ceci permet de nettoyer un sol, et mobiliser des polluants bloqués par la phase granulaire. Lors d’expériences dans des cellules de Hele Shaw transparentes, on procédera à des injections d’air à débit ou pression contrôlé dans des milieux granulaires saturés. On étudiera optiquement les chemins de perméabilité créées et leurs caractéristiques géométriques, en fonction des caractéristiques des grains, de l’empilement et de la source.

Formation de cratères et rides de fond de lac.

Encadrants : Thierry Reuschlé, GE et Renaud Toussaint, GE.

Sujet pour une personne.

Lors de la chute régulière de gouttes d’eau sur un fond sableux saturé immergé à faible profondeur,on observe la formation de rides : les ondes de gravité à la surface du sable mènent à une structure de cercles concentriques. Les caractéristiques de ces cratères sous-marins sont potentiellement affectés par les écoulements dans le milieu poreux, et dans l’eau à faible profondeur au-dessus. Pour pouvoir distinguer la contribution des deux écoulements sur la contrainte à l’origine de ces rides, on fera une série d’expériences en contrôlant indépendamment les profondeurs variables de sable et d’eau libre au-dessus. On contrôlera également le débit et la hauteur de chute des gouttes. Les mesures seront optiques, à l’aide d’un appareil photo digital et d’un logiciel de traitement.

Fracturation du papier et évolution thermique

Encadrants : Olivier Lengliné, SI et Renaud Toussaint, GE.

Sujet pour deux personnes.

Dans des expériences de fracturation de papier, on peut suivre optiquement le champ de déformation. Ces expériences ont eu lieu, on les interprète actuellement.

Sujet traitement de données expérimentales :

Le calcul du champ de déformation sera réalisé à l’aide de codes de corrélation d’images. On interpolera le champ de déformation, et on cherchera à déterminer la partie non élastique de ce champ de déformation. On déterminera également le tenseur de contrainte élastique. On cherchera à évaluer l’énergie dissipée dans la zone plastique à l’avant du crack, et on comparera les zones déterminées aux zones de température élevée.

Sujet simulations numériques :

A l’aide d’un code de propagation de chaleur par diffusion, on simulera l’élévation de température due à la propagation d’un crack dans un milieu fin. En couplant ce code à une loi d’Arrhénius pour l’avancée du crack, on verra dans quel régime les inhomogénéités du champ thermique contrôlent l’avancée du crack. On s’intéressera également aux hétérogénéités des seuils de rupture.

 

Impact mécanique d'une gouge sur la rhéologie d'une faille

Encadrants: Alain Cochard, GE et Renaud Toussaint, GE

Sujet pour une ou deux personnes.

La mécanique de la sismogénèse dépend des interactions entre les éléments de petite échelle à l’intérieur d'une faille (grains formant une gouge) et le milieu élastique continu environnant.  La multiplicité des éléments de petite échelle, dont les interactions peuvent être décrites simplement, entraîne un comportement collectif complexe, qui induit une loi de frottement macroscopique non triviale entre les bords de la faille.  Cette loi de frottement effective est le cœur de la mécanique des séismes.

Par ailleurs, deux classes de modèles mécaniques sont couramment utilisés dans ce type de problèmes (et utilisés par les encadrants): d'une part les modèles de propagation élastodynamique de la rupture, dans lesquels une loi de frottement --par ex. déduites d’expériences de laboratoire-- est spécifiée a priori, d'autres part les modèles discrets décrivant la mécanique de milieux granulaires cisailles, qui permettent d’inférer la loi de frottement effective qui résulte des interactions élémentaires entre grains.

On propose ici de coupler ces deux méthodes afin de construire un système hybride qui permettra d'en déduire une telle loi de frottement effective, tenant correctement compte des interactions électrodynamiques.

Un étudiant disposera d'un code d’élastodynamique. Au bord du milieu,  on appliquera une nappe de force (arbitraire). On devra pouvoir mesurer les déplacements résultant dans lemilieu, et sur le bord. On comparera à des exemples simples de résultat analytique connu.

L’éventuel autre étudiant disposera d’un code de mécanique de milieux granulaires (ou l’ étudiant brillant et motivé qui aura fini la partie I au bout de la moitié du temps imparti).

Il devra pouvoir imposer les conditions aux frontières en déplacement, et calculer les mouvements résultants des grains.

Le programme d’interfaçage proprement dit sera écrit selon l’état d’avancée des deux stages.

Code couleur : pression (solide, en haut, fluide, en bas)

Bandes de compaction dans les grès poreux: étude sur réseau

encadrants : Patrick Baud, GE et Renaud Toussaint, GE

sujet pour une personne

Les bandes de compaction dans les grès poreux sont étudiées depuis plus de 10 ans par la communauté de physicien/mécanicien des roches. Ces structures localisées où la déformation est purement compactante sont le siège d'une très forte réduction de la porosité et de la perméabilité. Elles sont par conséquent susceptibles de contrôler la géométrie des écoulements dans les réservoirs et les aquifères.

Les bandes de compaction ont été observées en laboratoire dans plusieurs grès. Leur géométrie (tortuosité, orientation) varie d'une roche à l'autre. La microstructure de la roche intacte a bien entendu une grande influence sur le développement et la géométrie des bandes de compaction. A ce jour, les paramètres microstructuraux qui contrôlent ce phénomène demeurent cependant mal compris.

Le but de ce projet est d'étudier cette question à l'aide d'un modèle sur réseau. Ce modèle numérique, dont une version est opérationnelle, devra être développé plus avant et paramétré par le stagiaire. Plusieurs situations seront testées (homogénéité, anisotropie, contrainte de confinement) pour simuler le développement de bandes de compaction dans différents contextes. On s’attachera à décrire le régime global (avec ou sans compaction), et la géométrie des bandes de compaction en formation (nombre, localisation, corrélations entre elles). Les résultats seront confrontés aux résultats expérimentaux acquis au laboratoire de Géophysique Expérimentale de l'EOST ces dernières années.

Modélisation inverse et suivi de séquestration de CO2 à partir de données données INSAR

Encadrants: Noel Gourmelen, DGDA et Renaud Toussaint, GE

Sujet pour une personne

L’enfouissement de CO2 au sein de réservoirs géologiques est actuellement testé avec pour but de réduire pour partie l’émission de CO2 dans l’atmosphère. La séquestration de CO2 sur le site test de InSalah, Algérie, crée une surpression au niveau du réservoir résultant en une déformation de surface. La modélisation mécanique de ce processus vise à étudier les propriétés mécaniques du milieu ainsi que les quantités de CO2 stockées. A partir d’un champ de déformation de surface et d’un modèle géomécanique, vous explorerez l’espace des paramètres du modèle (fluide et réservoir) afin de quantifier le processus de séquestration de CO2. "Le modèle prendra en compte l'élasticité du matériau, sa perméabilité, la compressibilité du solide, et la présence ou non de couches voisines du réservoir d'injection. Ceci permettra d'établir une modélisation inverse du processus. Le but général est de faire un suivi au cours du temps de la géométrie et localisation du CO2 injecté.