Stage - 3-6 mois
Stage – Localisation des déformations dans les milieux granulaires : étude expérimentale par essais triaxiaux et microtomographie aux rayons X
Contexte : Les matériaux granulaires soumis au cisaillement subissent fréquemment une transition d’un régime de déformation homogène vers une déformation localisée, conduisant à la formation de bandes de cisaillement — zones étroites de forte déformation qui contrôlent la rupture du matériau. Les modèles classiques de milieux continus, tels que les critères de rupture de Mohr–Coulomb et de Drucker–Prager, reposent sur l’hypothèse d’homogénéité du matériau. Toutefois, cette hypothèse devient invalide dès lors que la localisation des déformations apparaît, les réarrangements de grains et l’évolution de la texture introduisant de fortes hétérogénéités internes. Bien que des modèles enrichis ou bi-échelles tentent de décrire séparément le comportement à l’intérieur et à l’extérieur des bandes de cisaillement, les mécanismes à l’échelle du grain à l’origine de la localisation — en particulier lors d’une compression triaxiale et à proximité de l’état critique — restent encore insuffisamment compris. Une meilleure compréhension de ces processus est essentielle pour améliorer les lois de comportement en géomécanique et pour mieux prédire les aléas géophysiques tels que les glissements de terrain et les séismes.
Objectifs :L’objectif principal de ce projet est d’étudier expérimentalement l’influence d’hétérogénéités contrôlées à l’échelle du grain sur l’initiation et l’évolution de la localisation des déformations dans des milieux granulaires soumis à une compression triaxiale.
Méthodologie :Des essais mécaniques seront réalisés à l’aide d’une cellule triaxiale récemment développée (Fig. 2) dans le cadre du projet CNRS Ingénierie INSTAGRATOM, afin de caractériser la réponse macroscopique d’assemblages granulaires sous des conditions de chargement parfaitement contrôlées. Des échantillons sélectionnés seront ensuite analysés par microtomographie aux rayons X (XRCT) sur la plateforme de microtomographie du Laboratoire Navier, et complétés par des mesures supplémentaires sur la ligne BM18 de l’ESRF, offrant ainsi une vision tridimensionnelle de l’évolution de la structure interne au cours de la déformation.
Afin d’étudier de manière systématique le rôle de l’hétérogénéité, des échantillons seront préparés avec différentes tailles moyennes de particules, et des inclusions de plus grande taille — comprises entre 5 et 10 fois le diamètre moyen des grains de base — seront introduites aléatoirement à des fractions volumiques contrôlées (5 %, 10 %, 20 % et 30 %), avec des configurations à rigidité identique ou contrastée. Ces inclusions devraient agir comme des sources de perturbation susceptibles de déclencher précocement la formation de micro-bandes de cisaillement. En combinant mesures mécaniques et caractérisation microstructurale, le projet vise à établir des relations quantitatives entre des descripteurs à l’échelle du grain — tels que l’évolution de la texture, l’organisation du réseau de contacts et la distribution de la porosité — et la réponse macroscopique contrainte–déformation. Les résultats expérimentaux seront comparés à des simulations numériques discrètes (DEM) en cours, favorisant ainsi une forte synergie expérimental–numérique et contribuant à l’amélioration des modèles prédictifs de la localisation des déformations dans les milieux granulaires.
Profil recherché : Ce stage s’adresse aux étudiants en Master ou aux élèves ingénieurs en dernière année dans les domaines du génie mécanique, du génie civil, de la physique ou des sciences des matériaux. Les candidats doivent manifester un intérêt marqué pour la mécanique expérimentale et les milieux granulaires. Une expérience en traitement d’images ou en analyse microstructurale serait appréciée, sans être indispensable. Le projet conviendra particulièrement aux candidats motivés par les approches multi-échelles et souhaitant approfondir leur compréhension des mécanismes de rupture géophysique.
Lieu : Laboratoire Navier, Champs-sur-Marne, France (environ 30 minutes du centre de Paris via le RER A)
Durée : 4 à 6 mois, avec un début flexible entre mars et mai 2026
Rémunération : Environ 550 € par mois, conformément à la réglementation française en vigueur pour les stages.
Encadrement : Le stage se déroulera au Laboratoire Navier sous la supervision de Patrick Aimedieu (Ingénieur de recherche), Michel Bornert (Chercheur) et Kianoosh Taghizadeh (Chercheur et coordinateur du projet CNRS Ingénierie INSTAGRATOM).
Les candidats intéressés sont invités à contacter Kianoosh Taghizadeh (kianoosh.taghizadeh@enpc.fr) ou Michel Bornert (michel.bornert@enpc.fr).