Emplois

In hydrocarbons producing fields, Produced Water Re-Injection (PWRI) is known as an economically attractive and environmentally friendly method to manage the produced water. This method has the advantage to maintain the pressure level in the reservoir in order to enhance the hydrocarbon production. However, this technique faces challenges such as the deterioration of the injectivity due to the filtration, around the injection well, of suspended solid particles contained in the produced water. Re-injection in the so-called ‘fracturing regime’ is an option to maintain the injectivity by fracturing the clogged zone formed by the agglomeration of fine particles at the face of the injected formation. However, controlling the injection in the fracturing regime is a key issue for the safety of the production as fracturing should not deteriorate the cap rock integrity.

Hydraulic fracturing has been extensively studied for brittle rocks with low permeability and is dominated by tensile failure. However, the mechanisms involved in fracturing of unconsolidated reservoirs which behave as cohesionless granular materials are fundamentally different and are controlled by shear failure, fluidization and induced channelization around the injection point.

Water transfers in bio-based materials such as wood, plants, paper, hair, natural textiles are essential in our everyday life, but their physics is still poorly known. A specificity of these materials is that they are hygroscopic, i.e., they can absorb, from vapor, a huge amount of water in the form of nanoscale water inclusions between the microfibrils of cellulosic or keratin fibers. This so-called “bound water”, which evaporates in a dry ambient air, is at the origin of the swelling or shrinkage of these materials. Moreover this bound water appears to be very mobile, i.e., it can diffuse throughout the material. The bound water diffusion and its exchanges with free (capillary) water and vapor, are key to the physics of water transfers in such materials, which in turn is key to reducing energy consumption for ventilation and heating, or controlling various processes such as the wetting or drying of such materials.

Les zones de failles des plaques tectoniques présentent une grande variété de comportements mécaniques, depuis des glissements asismiques jusqu’à des séismes majeurs. A ce jour, il n’y a pas de consensus sur les mécanismes contrôlant cette diversité des modes de glissement des failles. Une origine possible pourrait être le comportement des smectites, une argile gonflante fréquente dans les zones de failles, and qui peut absorber des quantités variables d’eau entre ses feuillets nanométriques. Malgré leur importance potentielle, la thermodynamique des réactions d’hydratation/déshydratation des smectites et le lien entre ces réactions et les déformations des failles, restent inconnus. Ces questions fondamentales sont au cœur du projet ANR SMEC finançant cette thèse. Ce projet de thèse porte sur le volet modélisation du projet SMEC. Plus précisément, nous proposons de combiner simulation moléculaire, modélisation granulaire et micromécanique dans le but de relier les réactions d’hydratation/déshydratation des smectites au comportement mécanique des zones de failles.

Les zones de failles des plaques tectoniques présentent une grande variété de comportements mécaniques, depuis des glissements asismiques jusqu’à des séismes majeurs. A ce jour, il n’y a pas de consensus sur les mécanismes contrôlant cette diversité des modes de glissement des failles. Une origine possible pourrait être le comportement des smectites, une argile gonflante fréquente dans les zones de failles, and qui peut absorber des quantités variables d’eau entre ses feuillets nanométriques. Malgré leur importance potentielle, la thermodynamique des réactions d’hydratation/déshydratation des smectites et le lien entre ces réactions et les déformations des failles, restent inconnus. Ces questions fondamentales sont au cœur du projet ANR SMEC dont ce stage fait partie, et qui portera plus spécialement sur la partie modélisation granulaire.

Les produits biosourcés fabriqués à partir de particules végétales constituent des solutions à grand potentiel pour l’isolation des bâtiments, notamment pour en réduire l'impact environnemental. Le stage vise à caractériser en 3D la microstructure d'empilements granulaires biosourcés (moelle de tournesol) grâce à une analyse quantitative d'images de microtomographie aux rayons X précédemment obtenues au Synchrotron Soleil. Un objectif est notamment d'identifier des propriétés microstructurales pertinentes pour faire le lien avec les performances multiphysiques du matériau.  En fonction de l’avancement du stage, des observations complémentaires pourront être effectuées grâce au microtomographe présent au laboratoire.

Les missions du stage et le profil recherché sont détaillés dans le document attaché.

Ce stage s’inscrit dans le cadre du groupe de travail de l’Association Française de Génie Civil : DIOGEN CIOGEN (http://www.diogen.fr/). DIOGEN est une base de données environnementales des matériaux de construction ; CIOGEN un outil de calcul des impacts environnementaux dédié aux ouvrages d’art.
L’objectif du projet plus large est la mise à disposition d’un outil permettant de calculer les impacts environnementaux de la construction d’un ouvrage d’art (pont, passerelle ; en béton, en acier ou mixte béton/acier) suivant différents cadres méthodologiques, dont la norme NF EN 15804+A2/CN. Cet outil se veut gratuit et à destination des acteurs du génie civil. Il doit devenir un outil de référence pour des réponses à des appels d’offres.

Dates prévisionnelles de l’accueil : A partir de janvier 2023 pour une durée de 5 à 6 mois

The position opens on january 1st, 2023
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La cristallisation de sel dans les milieux poreux est une cause majeure de dégradation du patrimoine, des matériaux de construction, et des géo-matériaux. La pression de cristallisation à l’origine de ces désordres reste pourtant très mal comprise et ce projet vise à établir une compréhension fine de ce phénomène essentielle pour faire émerger des méthodes de prévention ou d’atténuation. Cette thèse vise à étudier ce phénomène aux petites échelles en mêlant expérimentations micro-fluidiques et simulations moléculaires. Voir le descriptif pour plus de détails.

Joint PhD position at UCLouvain and Ecole des Ponts in Geomechanics

Grain breakage is a common occurrence in granular media when the intergranular forces exceed the individual particle strength and is of major importance in many areas of geosciences. Experimental evidences suggest that particle breakage may significantly influence the mechanical behavior of the material promoting strain localization and favoring chemical interaction between reactive fluids and minerals. These effects are of major importance in geotechnical engineering for the design of geotechnical structures such as deep foundations or embankments, but also in geology for the understanding of fault mechanics and the propagation of landslides.

The objective of this PhD will be to understand and characterize the effect of environmental conditions like degree of saturation, stress-path, ambient temperature and chemical environment on the mechanism of grain crushing. To achieve this goal, the project proposes a multidisciplinary integrated research strategy that combines experiments using a state-of-theart high pressure and high temperature triaxial device at Ecole des Ponts ParisTech, together with numerical modelling using an open-source parallel Finite Element framework specifically designed to study different geomechanical problems involving multi-physical couplings.

Clay materials have been considered as potential candidate for closure structures in high-level radioactive waste repositories. In spite of several studies investigating its hydro-mechanical behaviour, the kinetics of the re-saturation process and the development of swelling pressure of clay materials, observed in the large-scale experiments during long periods (e.g. several years), can still not be accurately predicted by the existing numerical models. Besides, its behaviour under the development of gas pressure, induced by corrosion of ferrous materials under anoxic conditions, is still not well understood.

This project aims at investigating the hydromechanical behaviour of clay materials under re-saturation following injection of gas at high pressure. Advanced laboratory experiments (using X-ray microtomography and magnetic resonance imaging) will be first used to observe these processes at various scales. The experimental results will be then used to develop and validate numerical models to predict the behaviour of clay materials at the field structure scale.

L’amortissement de vibrations, qu’elles soient dues aux sollicitations en service (vent, trafic) ou à des sollicitations exceptionnelles (séisme), est un thème majeur en génie civil. La conception d’amortisseurs performants répond à l’objectif de préserver les infrastructures de manière durable et de les protéger des risques naturels en particulier dans le contexte du changement climatique. Les amortisseurs à masse accordée (Tuned Mass Damper, abrégé en TMD, en anglais) font partie des solutions les plus étudiées. Ces systèmes sont habituellement linéaires (amortissement visqueux) et leur efficacité est de fait limitée à une faible plage de fréquences d’excitation. L’utilisation de ce type de dispositif nécessite donc un réglage précis, ce qui dans certains cas s’avère difficile à garantir. Pour les TMD à base de fluide visqueux se pose également la question de l’étanchéité à long terme. Par ailleurs, les TMD linéaires sont habituellement conçus pour des excitations de faible amplitude.
Les amortisseurs de type nonlinéaire pallient à certains de ces inconvénients : ils sont efficaces sur une plage de fréquences relativement large et adaptés aux excitations de grande amplitude. L’utilisation de câbles métalliques en flexion est une des solutions les plus simples et robustes pour réaliser un amortisseur non linéaire. Le mécanisme dissipatif mis en jeu est lié au frottement entre les brins constitutifs du câble. Il s’agit d’un phénomène par nature nonlinéaire et hystérétique. De tels systèmes se retrouvent dans différentes applications du génie civil, comme par exemple les amortisseurs Stockbridge notamment utilisés sur les lignes électriques à haute tension. La thèse de A. Trad [3] suggère également que le frottement au sein des câbles métalliques contribue de façon significative à la dissipation totale d’énergie dans les filets pare-blocs.
Pour autant, le dimensionnement de tels amortisseurs non-linéaires pose certaines difficultés. Le modèle de Bouc-Wen est le plus couramment utilisé [1]. De nature phénoménologique, ce modèle a l’avantage d’être relativement simple mais une étude récente [2] a montré qu’il ne permettait pas de reproduire fidèlement les courbes d’hystérésis expérimentales, ce qui rend hasardeuse l’identification des paramètres du modèle.
L’objectif principal de la thèse proposée est de mettre en place un modèle (plus adapté que le modèle de Bouc-Wen) pour décrire le comportement hystérétique des amortisseurs à base de câbles en flexion, en se basant sur la compréhension physique des mécanismes mis en jeu. Le formalisme de l’élasto-plasticité avec variables internes est une piste possible. Un enjeu important consiste à s’assurer que le modèle reste suffisamment simple (nombre réduit de degrés de libertés) pour demeurer facilement exploitable dans une démarche de dimensionnement. L’intégration du modèle de matériau au sein de CESAR fait également partie des objectifs.
Outre l’aspect modélisation (théorique et numérique), la thèse proposée s’appuiera sur un travail expérimental mené à COSYS pour guider l’élaboration du modèle, en identifier les paramètres constitutifs et les limites de validité. Afin d’orienter le travail vers des applications à grande échelle, le comité de suivi comporterait des représentants du CEREMA (intéressé par les amortisseurs Stockbridge) et des industriels impliqués dans la fabrication de filets pare-blocs (projet national C2ROP).

L’objet de la thèse proposée est d’étudier l’intérêt et la faisabilité de réutiliser des matériaux ou éléments de structures issus de la démolition de bâtiments ou d’ouvrages d’art dans des constructions neuves.

Ce sujet sera abordé parallèlement sur deux aspects :
- la caractérisation des propriétés physiques de matériaux et d’éléments de structure issus de chantiers de déconstruction pour évaluer leur performance résiduelle ;
- l’analyse de cycle de vie de leur réutilisation potentielle, afin de définir des indicateurs de potentiels de réemploi et de recyclabilité.

L'objectif de cette thèse expérimentale est d'étudier les propriétés rhéologiques et la stabilité de mousses de Pickering pour lesquels des particules solides biosourcées et plus respectueuses de l’environnement remplacent les agents tensioactifs, issus de l’industrie pétrochimique. De tels systèmes permettent de créer des matériaux très poreux et très légers qui possèdent entre autres d’intéressantes propriétés d’isolation thermique, ce qui pourrait permettre leur utilisation dans le domaine de la construction et de l’habitat.

Les matériaux constitués de grains solides interagissant par des contacts adhésifs se rencontrent dans différents domaines d’application (dont le génie civil, les industries agro-alimentaires et pharmaceutiques). On propose d’en étudier les propriétés à partir d’un modèle générique de poudre, assemblage de grains sphériques dont les contacts peuvent transmettre une traction, dont il sera possible de relier les comportements macroscopiques à leurs origines micromécaniques, à l’échelle des grains et des contacts. De tels systèmes ont été étudiés expérimentalement et par la simulation numérique de type « éléments discrets » (DEM) sous deux aspects : la compression isotrope ou œdométrique, avec l’effondrement des structures initialement lâches ; et le cisaillement maintenu (l’ « état critique » au sens de la géomécanique, ou les écoulements inertiels). Entre ces deux situations extrêmes, l’évolution quasi-statique, telle qu’étudiée en mécanique des sols, du matériau granulaire cohésif, avec sa grande variété de microstructures possibles, du fait de la stabilisation de structureslâches, reste peu connue.

Ce stage de trois mois consiste donc à réaliser des premières mesures de coefficient de diffusion translationnelle sur des échantillons connus de différentes viscosités dans des conditions contrôlées grâce à une procédure standard et automatisée déjà en place. L’objectif est de pouvoir mieux appréhender divers aspects de cette méthode comme la reproductibilité, les incertitudes de mesure, la sensibilité aux conditions expérimentales (température, quantité de matière, viscosité…) ou aux paramètres de la séquence standard mis en jeu pour cette mesure, ou encore l’influence des paramètres de la séquence sur le temps de la mesure. Grâce au travail fourni par le ou la stagiaire, la plate-forme IRM/RMN du laboratoire Navier pourra ensuite proposer non seulement des mesures de coefficient de diffusion translationnelle mais aussi un cadre scientifique plus rigoureux fondé sur des données de terrain ainsi qu’une utilisation de cette séquence facilitée par une fiche technique, réalisée par le ou la stagiaire, adaptée aux besoins du laboratoire.

This project addresses the rheology of unsaturated granular materials, in a generic framework, using model materials. These model systems will first be slightly polydisperse assemblies of macroscopic spherical grains (with diameters between 0.1 and 1 mm), mixed with (mostly) non-volatile, wetting, Newtonian liquids. In a second step, we will study complex shaped grains, a wider polydispersity of grains, and non-Newtonian liquids.
Thus, within a multi-scale approach, our goal is to establish the fundamentals of the capillary and/or viscous phenomena involved in these materials. Our project is structured around three components objectives of which is to:

• define the different rheological regimes in the parameter space.
• set up an experimental methodology allowing for the detailed characterisation of the microstructure of such materials in the various regimes previously established. To do so, a rheometer inserted into the X-ray microtomography setup available at laboratoire Navier and specific image processing tools will be developped.
• apply constitutive laws of such materials therefore described and predicted to progressively more complex configurations such as inclined plane flows. The experimental results will be confronted with predictions from continuous numerical simulations integrating the previously identified rheology.