Axe 2 Lois de comportement couplées
Mots Clés
Couplage thermomécanique des élastomères, thermo-hydro-chemio-mécanique, élasto-viscoplastique, fluage, anisotropie, calibration paramétrique, analyse inverse, quantification d’incertitude, inversion probabiliste, géomatériaux, milieux réfractaires, comportement pharmaco-mécano-biologique
Description
L’équipe possède dans cette thématique une expertise pointue de long terme concernant les développements de lois de comportements pour la modélisation et la simulation numérique de différents phénomènes complexes issus de la physique, de la mécanique et de la biologie tels que la maçonnerie réfractaire avec et sans joints en mortier, les élastomères, les géomatériaux, l’imprégnation réactive et non réactive, le comportement des organes humains (os, peau,…), des effets des médicaments actifs sur l’adaptation des organes humains (remodelage osseux, vieillissement de la peau, …).
A ces fins, l’équipe développe des lois élasto-visco-plastiques orthotropes dépendants de la température, des lois thermo-chimio-mécaniques, des lois biomécaniques et mécano-biologiques, des lois couplés pharmaco-mécano-biologiques ou des lois thermo-mécaniques soit en considérant la température comme un effet d’environnement (action uniquement de la température sur le comportement mécanique) ou en mécanique et thermique dans un couplage faible. A l’échelle des ouvrages (e.g., stockage profond des déchets radioactifs), la mise en œuvre de la technique d’inversion probabiliste atteste notre savoir-faire dans l’identification et la quantification d’incertitude des paramètres des modèles couplés complexes (poro-élasto-viscoplastique) en considérant les différents types de données issues des mesures in-situ et au laboratoire.
Lois de comportement multiphysique des matériaux hétérogènes (e.g., thermo-hydro-mécanique des milieux poreux, mécano-biologiques des structures vivantes)
Projet et perspectives scientifiques
Les verrous scientifiques de cet axe concernent des développements des lois de comportement non linéaires orthotropes dépendantes de l’état des joints et de la température, des lois thermo-chimio-mécaniques en prenant en compte de la corrosion, la formulation des lois de comportement couplées, du développement d’un modèle de comportement thermo-poro-élasto-viscoplastique anisotrope puis la quantification des incertitudes des paramètres du modèle à partir des mesures in-situ. Le cadre (quasi-)incompressible classiquement adopté dans la modélisation mécanique des élastomères est remis en cause dans le cadre de matériaux, vérifiant initialement cette propriété, rendu fortement compressible par l’ajout de microsphères rempli de gaz. Ceci constitue un autre verrou. Ces mêmes matériaux sont utilisés pour réaliser des liaisons jointives entre différentes pièces. Dans ce cadre, elles sont soumises à la fois à un champ de température pouvant varier et du fluage long termes. Ce vieillissement sous fluage et température (couplage fort thermo-chimio-mécanique) constitue également un enjeu scientifique important.
Les ambitions sur ces verrous consistent dans un premier temps à bien appréhender le comportement mécanique (y compris non linéaire, orthotrope) isotherme du matériau, puis celui pourra lors être couplé de manière forte à la thermique et la chimie. Ensuite, il est nécessaire de constituer des modèles mieux adaptés aux observations in-situ de la réponse des ouvrages sous les différentes sollicitations thermo-(hydro)-mécaniques, et finalement améliorer la capacité prédictive du comportement à long terme du matériau par l’extrapolation des résultats des mesures in-situ et des essais au laboratoire.
La stratégie scientifique de l’équipe est d’une part proposer des modèles constitutifs par l’approche phénoménologique avec la possibilité de prendre en compte des informations microstructurales et de l’autre part améliorer et développer des solutions analytiques à plusieurs échelles (e.g., méso-scopique au laboratoire, échelle d’ouvrage) et des algorithmes de la quantification des incertitudes. Finalement, nous nous focalisons sur le développement de nouvelles lois de comportements en prenant en compte par exemple le fluage primaire ou la corrosion.
Partenariats existants
- Partenariats
- Partenariats industriels : SAFRAN, CEA, Andra, Cstb
- Partenariats académiques : LMA, Géoressources Nancy, LML Lille, LaSIE La Rochelle
- Projets en cours
- Projets avec Andra (une thèse en cours sur la quantification de la propagation d’incertitude sur la stabilité à long terme des ouvrages de stockage des déchets radioactifs)
- Projets avec la société SAFRAN (vieillissement thermique), CEA (modélisation d’élastomères fortement compressible), LMA (modélisation du vieillissement thermique sou fluage dans un cadre thermo-chimio-mécanique)
- Une thèse est en cours en partenariat avec le CEA sur la modélisation mécanique de ces matériaux compressibles. Une autre est d’ores et déjà envisagée en ajoutant la collaboration scientifique du LMA
- Projets industriels sur le stockage profond déchets radioactifs avec Andra (une thèse envisagée), stockage énergétique ou CO2 (avec BRGM), le comportement des ouvrages géotechniques et génie civil (avec Antea, Cstb, Edf)