Pascal Dimaiolo : Pascal Dimaiolo a déplacé la page Étude micromécanique de la transition des régimes hydriques dans les sols granulaires partiellement saturés vers [[Wikibardig:Étude micromécanique de la transition des régimes hydriques dans les sols granu...
__TOC__
==Contexte général==
Depuis la révolution industrielle, la Terre subit des changements climatiques majeurs, se traduisant par une montée du niveau de la mer, ce qui engendre un risque crucial pour les communautés côtières. Afin d'éviter les catastrophes d'inondation, les êtres humains ont eu une idée de génie de construire ce que l'on appelle aujourd'hui : les digues.
Les digues en remblai sont généralement construites à partir de matériaux granulaires compactés et se trouvent souvent dans des conditions de saturation partielle, ce qui confère à leurs matériaux une certaine cohésion bénéfique pour leur résistance mécanique dite cohésion capillaire. Cependant, lorsque ces matériaux granulaires, situés à la surface de la digue, sont exposés à des cycles de séchage et de mouillage, typiquement provoqués par la variation de pression entre l'amont et l'aval de la digue, ils peuvent devenir vulnérables et risquent de s'effondrer.
On peut ainsi considérer l'eau comme une arme à double tranchant : en quantité modérée dans le sol, elle favorise sa cohésion, mais en cas d'absence ou d'excès, la cohésion capillaire disparaît. Ces fluctuations sont généralement engendrées par plusieurs facteurs, tels que des précipitations intenses, des vagues de chaleur, les marées ou encore les tempêtes, des phénomènes malheureusement de plus en plus fréquents dans un contexte de changement climatique.
Aujourd'hui, il est admis que les instabilités des digues au niveau macroscopique sont dues à des instabilités microscopiques [1]. Avant d'étudier ces instabilités microscopiques, il est indispensable de comprendre, dans un premier temps, la physique et la mécanique des milieux partiellement saturés, ainsi que l'impact crucial des fluctuations de la teneur en eau sur la cohésion capillaire de ces sols.
La présente thèse s'inscrit dans le cadre du projet StabDigue, financé pour une durée de cinq ans par la région Nouvelle-Aquitaine, pour l'étude de la stabilité des digues en remblai partiellement saturées. Cette thèse de doctorat est motivée par '''plusieurs questions clés qui seront abordées''' :
*Peut-on modéliser et prédire les conséquences sur la stabilité mécanique des sols granulaires dues au changement la teneur en eau ?
*Comment les cycles de mouillage/séchage vont-ils affecter les propriétés hydromécaniques des sols granulaires ?
*Est-il possible d'interpréter ces changements hydromécaniques en terme de microstructure sous-jacente ?
==Les lacunes dans la littérature, motivations de cette étude et objectifs==
La problématique centrale réside dans le fait que la physique des sols partiellement saturés se situe à l'échelle des pores et des grains solides, ce qui requiert une étude microstructurale pour analyser les interactions entre les phases solide-liquide-gaz et leur impact sur le comportement global d'un sol partiellement saturé. La grande majorité des études, qu'elles soient expérimentales, analytiques ou numériques, dans la littérature, se sont focalisées sur les configurations se trouvant dans le régime pendulaire [2]–[9]. Aujourd'hui, le régime pendulaire est bien compris par les géomécaniciens et les chercheurs. Cependant, ce régime ne représente qu'une petite portion des sols non-saturés. Ces derniers se trouvent généralement dans les régimes funiculaire et capillaire. Hélas, la plupart des études dans la littérature ont été consacrées uniquement au régime pendulaire. Lorsque le régime funiculaire est étudié pour les triplets, les chercheurs se sont contentés d'utiliser des critères géométriques, souvent analytiques, afin de modéliser la coalescence ou la rupture des ponts capillaires [10], [11]. Ces critères géométriques, aussi pratiques soient-ils, rendent la modélisation des milliers de particules en régime funiculaire et capillaire quasi-impossible.
Pour s'affranchir de ces approximations et pour modéliser des milieux granulaires partiellement saturés pour tous les régimes possibles, nous proposons un couplage entre la méthode aux éléments discrets dite DEM pour simuler le squelette solide en forme de particules sphériques et la méthode de Boltzmann sur réseau dite LBM afin de modéliser les ponts capillaires eau-air entre les particules solides.
Concernant la LBM, un code maison a été développé sur des cartes GPU (Graphical Processing Units) qui est basé sur la résolution des équations Navier-Stokes et Allen-Cahn afin de prendre en compte l'interface eau-air des ponts capillaires. En ce qui concerne la DEM, le logiciel à accès libre YADE a été utilisé [12].
==Validation numérique et résultats==
Avant de s’attaquer à l’étude du matériau en considérant un volume élémentaire représentatif (VER), plusieurs benchmarks et validations ont été nécessaires pour le modèle LBM, notamment en ce qui concerne la prédiction précise de la forme des ponts capillaires ainsi que les forces associées. A l’équilibre mécanique de la simulation LBM, les formes des ponts capillaires entre deux grains solides sphériques coïncident parfaitement avec la solution théorique de l’équation de Young-Laplace. De plus, les résultats trouvés par la LBM montrent qu’elle est capable de retrouver l’inversion de signe de la courbure moyenne H quand la distance de séparation entre les deux particules augmente. En outre, une nouvelle expression numérique pour le calcul des forces capillaires entre des grains sphériques a été proposée. Cette nouvelle formulation a montré ses capacités à calculer de façon assez précise les forces capillaires résultant des ponts capillaires isolés et coalescents entre deux et trois particules sphériques, en les comparant avec des résultats expérimentaux et numériques dans la littérature. L’avantage de l’approche LBM est sa capacité à modéliser la fusion des ponts capillaires de façon intrinsèques sans avoir besoin de passer par des critères de fusion géométrique. Ainsi, ces résultats montrent que la LBM est capable de modéliser le passage du régime pendulaire au régime funiculaire.
Ensuite, le couplage DEM-LBM est mis en place pour explorer les caractéristiques des assemblages granulaires partiellement saturés pour tous les régimes capillaires. Nous avons pu retrouver la forme classique de la courbe de rétention qui est définie par l’évolution de la succion en fonction du degré de saturation. De plus, l’évolution de la contrainte capillaire moyenne, qui pourrait être considérée comme étant la cohésion apparente, a été tracée en fonction du degré de saturation. Nous observons une augmentation de la contrainte capillaire moyenne avec l’augmentation du degré de saturation jusqu’à un certain seuil au-delà duquel la contrainte capillaire moyenne diminue pour atteindre zéro lorsque le système devient complètement saturé. Par ailleurs, nous avons également démontré que le paramètre de Bishop pour les contraintes effectives n’est jamais égal au degré de saturation. Ces derniers résultats ont été comparés avec des données numériques déjà existantes dans la littérature.
Nous avons enfin exploité la pleine capacité du couplage DEM-LBM pour simuler des cycles de séchage (évaporation) et de mouillage (condensation) dans les sols non-saturés. Cela a été réalisé à la fois sur de petits assemblages granulaires composés de trois et quatre particules sphériques, ainsi que sur des VER constitués de quelques milliers de grains. Tout d'abord, pour les trois particules sphériques, nous avons réussi à reproduire avec succès les sauts (chutes) des forces capillaires, estimées à 30% au moment de la coalescence (rupture) des ponts capillaires. Ceci est démontré dans le cas des trois particules sphériques, tel qu'illustré sur la Figure (1) et nous avons ensuite comparé ces résultats avec des études expérimentales et théoriques [13], [14]. Un autre résultat assez remarquable est que nous avons constaté que, pour une même configuration et un même angle de mouillage, le volume auquel les ponts se fusionnent est différent de celui auquel les ponts se rompent, phénomène appelé l'hystérésis. En effet, nous avons observé que lors de la coalescence, la fusion n'aura lieu que si les interfaces capillaires se touchent. En revanche, la rupture des ponts capillaires se produit quand l'épaisseur du pont, dans le plan passant par les centres des particules sphériques, devient nulle.
A l'échelle du VER, nous avons mis en évidence que la succion et la contrainte moyenne sont plus élevées lors de l’évaporation que celles qui ont été observées lors la condensation pour le même angle de mouillage comme le montre la Figure 2. Nous avons également montré que la contrainte capillaire moyenne (cohésion apparente) devient nulle quand le système devient complètement sec ou saturé, comme observé précédemment.
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Figure 1 : L'évolution de la force capillaire Ff [mN] en fonction du volume d'eau [μL]
[[File:2.png|550px]]
Figure 2 : Les évolutions (a) de la contrainte capillaire moyenne pcap [kPa] et (b) de la succion s [kPa] en fonction du degré de saturation Sr [%]
==Conclusion et perspectives==
Pour rappel, l'étude bibliographique effectuée dans ce mémoire a mis en évidence d'importantes lacunes dans la compréhension des milieux granulaires partiellement saturés, notamment le fait que la plupart des études se sont concentrées uniquement sur le régime pendulaire. Par conséquent, l'objectif principal de cette thèse était de développer un modèle numérique capable de simuler les matériaux granulaires partiellement saturés pour tous les régimes possibles : pendulaire, funiculaire et capillaire. Cela a justifié le choix d'utiliser le modèle DEM-LBM, capable de modéliser facilement cette transition entre les régimes, pour étudier et exploiter les milieux granulaires partiellement saturés.
Les perspectives de ces '''travaux sont nombreuses et peuvent-être résumés en quelques points''' :
'''4.1 Existence d'une contrainte effective
L'existence de la contrainte effective est depuis longtemps un problème ouvert et majeur pour les géomécaniciens à la fois sur le niveau numérique et expérimental. L'existence de la contrainte effective n'a été justifiée que dans le régime pendulaire lors de la rupture de l'échantillon, c-à-d à la limite plastique. Cependant, la réponse reste malheureusement en suspens pour les régimes funiculaire et capillaire. C'est là où le couplage DEM-LBM entre en jeu afin d'étudier plus en détail cette question dans tous les régimes possibles.
'''4.2 Instabilités à l'échelle du VER
Dans le cadre du projet StabDigue, l'étude la plus cruciale concerne la détermination quantitative des instabilités des sols granulaires partiellement saturés soumis à des cycles de mouillage/séchage. Cet aspect peut être abordé en utilisant le soi-disant critère du travail du second ordre W^2 [1], capable de décrire de manière précise l'effondrement des sols granulaires secs. En utilisant le couplage DEM-LBM ainsi que les expressions analytiques récemment dérivées par [15], nous avons l'opportunité de calculer de façon précise le W^2 pour tous les régimes possibles.
'''4.3 Couplage avec des approches macroscopiques
La modélisation des digues en utilisant le couplage DEM-LBM avec des millions de particules, semble impossible et irréalisable en raison du calcul très intensif. Pour surmonter ce problème, il est envisageable d'intégrer le modèle DEM-LBM avec une méthode macroscopique telle que la méthode des éléments finis (FEM), la méthode des différences finies (FDM) ou la méthode du point matériel (MPM). Actuellement, en parallèle de ma thèse, des chercheurs à l'Université de La Rochelle explorent la possibilité d'utiliser le DEM-LBM comme une loi de comportement pour modéliser, à l'échelle réelle, les digues en remblai.
Pour conclure, le couplage DEM-LBM a montré ses capacités à analyser finement, la physique des matériaux granulaires partiellement saturés à l'échelle macroscopique, et plus particulièrement les transitions fluides entre les régimes capillaires. Ce modèle numérique nous permis de comprendre des aspects qui pourraient sinon rester inaccessibles dans des expériences de laboratoire. Nous pourrons avec ce fameux modèle de repousser les limites de notre compréhension des sols partiellement saturés. Nous pourrons également proposer des solutions aux paradoxes actuelles et contribuer au développement de la géomécanique dans son entièreté.
==Références==
[1] R. Wan, F. Nicot, and F. Darve, Failure in geomaterials: a contemporary treatise. Oxford: Elsevier, 2017.
[2] L. Scholtes, “Modélisation micromécanique des milieux granulaires partiellement saturés,” PhD thesis, Institut National Polytechnique de Grenoble-INPG, 2008.
[3] L. Scholtès, B. Chareyre, F. Nicot, and F. Darve, “Micromechanics of granular materials with capillary effects,” International Journal of Engineering Science, vol. 47, no. 1, pp. 64–75, Jan. 2009, doi: 10.1016/j.ijengsci.2008.07.002.
[4] L. Scholtès, P. ‐Y. Hicher, F. Nicot, B. Chareyre, and F. Darve, “On the capillary stress tensor in wet granular materials,” Num Anal Meth Geomechanics, vol. 33, no. 10, pp. 1289–1313, Jul. 2009, doi: 10.1002/nag.767.
[5] J. Duriez and R. Wan, “Stress in Wet Granular Media with Interfaces via Homogenization and Discrete Element Approaches,” J. Eng. Mech., vol. 142, no. 12, p. 04016099, Dec. 2016, doi: 10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0001163.
[6] J. Duriez and R. Wan, “Contact angle mechanical influence in wet granular soils,” Acta Geotech., vol. 12, no. 1, pp. 67–83, Feb. 2017, doi: 10.1007/s11440-016-0500-6.
[7] J. Duriez, M. Eghbalian, R. Wan, and F. Darve, “The micromechanical nature of stresses in triphasic granular media with interfaces,” Journal of the Mechanics and Physics of Solids, vol. 99, pp. 495–511, Feb. 2017, doi: 10.1016/j.jmps.2016.10.011.
[8] J. Duriez and R. Wan, “A micromechanical μ UNSAT effective stress expression for stress-strain behaviour of wet granular materials,” Geomechanics for Energy and the Environment, vol. 15, pp. 10–18, Sep. 2018, doi: 10.1016/j.gete.2017.12.003.
[9] B. Mielniczuk, O. Millet, G. Gagneux, and M. S. El Youssoufi, “Characterisation of pendular capillary bridges derived from experimental data using inverse problem method,” Granular Matter, vol. 20, no. 1, p. 14, Feb. 2018, doi: 10.1007/s10035-017-0784-8.
[10] M. Miot, G. Veylon, A. Wautier, P. Philippe, F. Nicot, and F. Jamin, “Numerical analysis of capillary bridges and coalescence in a triplet of spheres,” Granular Matter, vol. 23, no. 3, p. 65, Aug. 2021, doi: 10.1007/s10035-021-01127-0.
[11] F. Z. E. Korchi, “Approche expérimentale multi-échelle de l’effondrement capillaire de sols granulaires,” Université de Montpellier, 2017.
[12] V. Smilauer et al., “Yade Documentation,” 2023, doi: 10.48550/ARXIV.2301.00611.
[13] J.-P. Gras, “Approche micromécanique de la capillarité dans les milieux granulaires: rétention d’eau et comportement mécanique,” PhD thesis, Université de Montpellier II-Sciences et Techniques du Languedoc, 2011.
[14] G. Gagneux and O. Millet, “An analytical framework for evaluating the cohesion effects of coalescence between capillary bridges,” Granular Matter, vol. 18, no. 2, p. 16, May 2016, doi: 10.1007/s10035-016-0613-5.
[15] M. Eghbalian, M. Pouragha, and R. Wan, “Micromechanical formulation of first‐ and second‐order works in unsaturated granular media,” Num Anal Meth Geomechanics, vol. 47, no. 7, pp. 1152–1174, May 2023, doi: 10.1002/nag.3509.
mardi 9 janvier 2024
Le chasseur, qui s’est rendu de lui-même à la gendarmerie, affirme que le loup lui [...]
Cet article Var : Un chasseur tire sur un loup et plaide la « légitime défense » est apparu en premier sur Faune Sauvage.
lundi 8 janvier 2024
Peliosanthes maheswariana D. Borah, N. Tanaka & Taram, sp. nov. est décrite et illustrée, elle a été récoltée dans le district de West Kameng dans l’état d’Arunachal Pradesh au NE de l’Inde.
Peliosanthes maheswariana D. Borah, N. Tanaka & Taram, sp. nov. is described and illustrated from West Kameng District of Arunachal Pradesh, NE India.
L’île de la Dérivation à Carrières-sous-Poissy possède une très bel alignement de vieux platanes. Je décolle quelques morceaux d’une écorce crevassée, à la recherche d’hypothétiques Carabidae.
Lovée dans une fissure cette chose baveuse et contrastée m’interpelle. Ne dirait-on pas un ver plathelminthe invasif ? Averti de la toxicité de ces vers, je déplace celui-ci prudemment en m’aidant d’une brindille.
Il s’étire sur la feuille de lierre que je lui ai proposé. J’estime sa longueur à environ 7cm.
Il s’agit de l’espèce Caenoplana variegata, originaire d’Australie et prédateur d’arthropodes. Ce sont surtout des cloportes, des mille-pattes et des araignées qui sont à son menu. Sa répartition en France est pour l’essentiel méditerranéenne et atlantique.
Contrairement à d’autres plathelminthes invasifs, celui-ci ne consomme pas de vers de terre. En France, on ne lui connaît pas de reproduction sexuée, il se multiplie par scissiparité : le corps se coupe en plusieurs morceaux qui donnent chacun un nouvel individu. On ne lui connaît chez nous ni parasite ni prédateur. Même les poules n’en veulent pas.
Je ne l’ai pas détruit. Longtemps après l’extinction de la race humaine, les plathelminthes seront peut-être les nouveaux maîtres du Monde. Je fais le pari qu’au terme de quelques dizaines de millions d’années d’évolution, ces êtres auront acquis quelque forme d’intelligence supérieure. Ils auront alors à cœur de préserver notre planète, dans l’harmonie et la bienveillance.
Que faire si vous rencontrez un ver plathelminthe invasif ?
Faites comme moi, envoyez votre photo au chercheur Jean-Lou Justine (voir ci-dessous) pour faire avancer la connaissance sur la répartition et l’écologie de ces espèces.
Source :
Blog: Plathelminthes terrestres invasifs, de Jean-Lou Justine
Retrouvez une autre espèce invasive trouvée en bord de Seine :
Acanalonia conica
Pour comprendre où se situe cette espèce dans la classification du vivant, tapez le nom de l’espèce dans :
L’arbre de vie
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==Contexte général==
Depuis la révolution industrielle, la Terre subit des changements climatiques majeurs, se traduisant par une montée du niveau de la mer, ce qui engendre un risque crucial pour les communautés côtières. Afin d'éviter les catastrophes d'inondation, les êtres humains ont eu une idée de génie de construire ce que l'on appelle aujourd'hui : les digues.
Les digues en remblai sont généralement construites à partir de matériaux granulaires compactés et se trouvent souvent dans des conditions de saturation partielle, ce qui confère à leurs matériaux une certaine cohésion bénéfique pour leur résistance mécanique dite cohésion capillaire. Cependant, lorsque ces matériaux granulaires, situés à la surface de la digue, sont exposés à des cycles de séchage et de mouillage, typiquement provoqués par la variation de pression entre l'amont et l'aval de la digue, ils peuvent devenir vulnérables et risquent de s'effondrer.
On peut ainsi considérer l'eau comme une arme à double tranchant : en quantité modérée dans le sol, elle favorise sa cohésion, mais en cas d'absence ou d'excès, la cohésion capillaire disparaît. Ces fluctuations sont généralement engendrées par plusieurs facteurs, tels que des précipitations intenses, des vagues de chaleur, les marées ou encore les tempêtes, des phénomènes malheureusement de plus en plus fréquents dans un contexte de changement climatique.
Aujourd'hui, il est admis que les instabilités des digues au niveau macroscopique sont dues à des instabilités microscopiques [1]. Avant d'étudier ces instabilités microscopiques, il est indispensable de comprendre, dans un premier temps, la physique et la mécanique des milieux partiellement saturés, ainsi que l'impact crucial des fluctuations de la teneur en eau sur la cohésion capillaire de ces sols.
La présente thèse s'inscrit dans le cadre du projet StabDigue, financé pour une durée de cinq ans par la région Nouvelle-Aquitaine, pour l'étude de la stabilité des digues en remblai partiellement saturées. Cette thèse de doctorat est motivée par '''plusieurs questions clés qui seront abordées''' :
*Peut-on modéliser et prédire les conséquences sur la stabilité mécanique des sols granulaires dues au changement la teneur en eau ?
*Comment les cycles de mouillage/séchage vont-ils affecter les propriétés hydromécaniques des sols granulaires ?
*Est-il possible d'interpréter ces changements hydromécaniques en terme de microstructure sous-jacente ?
==Les lacunes dans la littérature, motivations de cette étude et objectifs==
La problématique centrale réside dans le fait que la physique des sols partiellement saturés se situe à l'échelle des pores et des grains solides, ce qui requiert une étude microstructurale pour analyser les interactions entre les phases solide-liquide-gaz et leur impact sur le comportement global d'un sol partiellement saturé. La grande majorité des études, qu'elles soient expérimentales, analytiques ou numériques, dans la littérature, se sont focalisées sur les configurations se trouvant dans le régime pendulaire [2]–[9]. Aujourd'hui, le régime pendulaire est bien compris par les géomécaniciens et les chercheurs. Cependant, ce régime ne représente qu'une petite portion des sols non-saturés. Ces derniers se trouvent généralement dans les régimes funiculaire et capillaire. Hélas, la plupart des études dans la littérature ont été consacrées uniquement au régime pendulaire. Lorsque le régime funiculaire est étudié pour les triplets, les chercheurs se sont contentés d'utiliser des critères géométriques, souvent analytiques, afin de modéliser la coalescence ou la rupture des ponts capillaires [10], [11]. Ces critères géométriques, aussi pratiques soient-ils, rendent la modélisation des milliers de particules en régime funiculaire et capillaire quasi-impossible.
Pour s'affranchir de ces approximations et pour modéliser des milieux granulaires partiellement saturés pour tous les régimes possibles, nous proposons un couplage entre la méthode aux éléments discrets dite DEM pour simuler le squelette solide en forme de particules sphériques et la méthode de Boltzmann sur réseau dite LBM afin de modéliser les ponts capillaires eau-air entre les particules solides.
Concernant la LBM, un code maison a été développé sur des cartes GPU (Graphical Processing Units) qui est basé sur la résolution des équations Navier-Stokes et Allen-Cahn afin de prendre en compte l'interface eau-air des ponts capillaires. En ce qui concerne la DEM, le logiciel à accès libre YADE a été utilisé [12].
==Validation numérique et résultats==
Avant de s’attaquer à l’étude du matériau en considérant un volume élémentaire représentatif (VER), plusieurs benchmarks et validations ont été nécessaires pour le modèle LBM, notamment en ce qui concerne la prédiction précise de la forme des ponts capillaires ainsi que les forces associées. A l’équilibre mécanique de la simulation LBM, les formes des ponts capillaires entre deux grains solides sphériques coïncident parfaitement avec la solution théorique de l’équation de Young-Laplace. De plus, les résultats trouvés par la LBM montrent qu’elle est capable de retrouver l’inversion de signe de la courbure moyenne H quand la distance de séparation entre les deux particules augmente. En outre, une nouvelle expression numérique pour le calcul des forces capillaires entre des grains sphériques a été proposée. Cette nouvelle formulation a montré ses capacités à calculer de façon assez précise les forces capillaires résultant des ponts capillaires isolés et coalescents entre deux et trois particules sphériques, en les comparant avec des résultats expérimentaux et numériques dans la littérature. L’avantage de l’approche LBM est sa capacité à modéliser la fusion des ponts capillaires de façon intrinsèques sans avoir besoin de passer par des critères de fusion géométrique. Ainsi, ces résultats montrent que la LBM est capable de modéliser le passage du régime pendulaire au régime funiculaire.
Ensuite, le couplage DEM-LBM est mis en place pour explorer les caractéristiques des assemblages granulaires partiellement saturés pour tous les régimes capillaires. Nous avons pu retrouver la forme classique de la courbe de rétention qui est définie par l’évolution de la succion en fonction du degré de saturation. De plus, l’évolution de la contrainte capillaire moyenne, qui pourrait être considérée comme étant la cohésion apparente, a été tracée en fonction du degré de saturation. Nous observons une augmentation de la contrainte capillaire moyenne avec l’augmentation du degré de saturation jusqu’à un certain seuil au-delà duquel la contrainte capillaire moyenne diminue pour atteindre zéro lorsque le système devient complètement saturé. Par ailleurs, nous avons également démontré que le paramètre de Bishop pour les contraintes effectives n’est jamais égal au degré de saturation. Ces derniers résultats ont été comparés avec des données numériques déjà existantes dans la littérature.
Nous avons enfin exploité la pleine capacité du couplage DEM-LBM pour simuler des cycles de séchage (évaporation) et de mouillage (condensation) dans les sols non-saturés. Cela a été réalisé à la fois sur de petits assemblages granulaires composés de trois et quatre particules sphériques, ainsi que sur des VER constitués de quelques milliers de grains. Tout d'abord, pour les trois particules sphériques, nous avons réussi à reproduire avec succès les sauts (chutes) des forces capillaires, estimées à 30% au moment de la coalescence (rupture) des ponts capillaires. Ceci est démontré dans le cas des trois particules sphériques, tel qu'illustré sur la Figure (1) et nous avons ensuite comparé ces résultats avec des études expérimentales et théoriques [13], [14]. Un autre résultat assez remarquable est que nous avons constaté que, pour une même configuration et un même angle de mouillage, le volume auquel les ponts se fusionnent est différent de celui auquel les ponts se rompent, phénomène appelé l'hystérésis. En effet, nous avons observé que lors de la coalescence, la fusion n'aura lieu que si les interfaces capillaires se touchent. En revanche, la rupture des ponts capillaires se produit quand l'épaisseur du pont, dans le plan passant par les centres des particules sphériques, devient nulle.
A l'échelle du VER, nous avons mis en évidence que la succion et la contrainte moyenne sont plus élevées lors de l’évaporation que celles qui ont été observées lors la condensation pour le même angle de mouillage comme le montre la Figure 2. Nous avons également montré que la contrainte capillaire moyenne (cohésion apparente) devient nulle quand le système devient complètement sec ou saturé, comme observé précédemment.
[[File:Evolution de la force capillaire.png|300px]]
Figure 1 : L'évolution de la force capillaire Ff [mN] en fonction du volume d'eau [μL]
[[File:2.png|550px]]
Figure 2 : Les évolutions (a) de la contrainte capillaire moyenne pcap [kPa] et (b) de la succion s [kPa] en fonction du degré de saturation Sr [%]
==Conclusion et perspectives==
Pour rappel, l'étude bibliographique effectuée dans ce mémoire a mis en évidence d'importantes lacunes dans la compréhension des milieux granulaires partiellement saturés, notamment le fait que la plupart des études se sont concentrées uniquement sur le régime pendulaire. Par conséquent, l'objectif principal de cette thèse était de développer un modèle numérique capable de simuler les matériaux granulaires partiellement saturés pour tous les régimes possibles : pendulaire, funiculaire et capillaire. Cela a justifié le choix d'utiliser le modèle DEM-LBM, capable de modéliser facilement cette transition entre les régimes, pour étudier et exploiter les milieux granulaires partiellement saturés.
Les perspectives de ces '''travaux sont nombreuses et peuvent-être résumés en quelques points''' :
'''4.1 Existence d'une contrainte effective
L'existence de la contrainte effective est depuis longtemps un problème ouvert et majeur pour les géomécaniciens à la fois sur le niveau numérique et expérimental. L'existence de la contrainte effective n'a été justifiée que dans le régime pendulaire lors de la rupture de l'échantillon, c-à-d à la limite plastique. Cependant, la réponse reste malheureusement en suspens pour les régimes funiculaire et capillaire. C'est là où le couplage DEM-LBM entre en jeu afin d'étudier plus en détail cette question dans tous les régimes possibles.
'''4.2 Instabilités à l'échelle du VER
Dans le cadre du projet StabDigue, l'étude la plus cruciale concerne la détermination quantitative des instabilités des sols granulaires partiellement saturés soumis à des cycles de mouillage/séchage. Cet aspect peut être abordé en utilisant le soi-disant critère du travail du second ordre W^2 [1], capable de décrire de manière précise l'effondrement des sols granulaires secs. En utilisant le couplage DEM-LBM ainsi que les expressions analytiques récemment dérivées par [15], nous avons l'opportunité de calculer de façon précise le W^2 pour tous les régimes possibles.
'''4.3 Couplage avec des approches macroscopiques
La modélisation des digues en utilisant le couplage DEM-LBM avec des millions de particules, semble impossible et irréalisable en raison du calcul très intensif. Pour surmonter ce problème, il est envisageable d'intégrer le modèle DEM-LBM avec une méthode macroscopique telle que la méthode des éléments finis (FEM), la méthode des différences finies (FDM) ou la méthode du point matériel (MPM). Actuellement, en parallèle de ma thèse, des chercheurs à l'Université de La Rochelle explorent la possibilité d'utiliser le DEM-LBM comme une loi de comportement pour modéliser, à l'échelle réelle, les digues en remblai.
Pour conclure, le couplage DEM-LBM a montré ses capacités à analyser finement, la physique des matériaux granulaires partiellement saturés à l'échelle macroscopique, et plus particulièrement les transitions fluides entre les régimes capillaires. Ce modèle numérique nous permis de comprendre des aspects qui pourraient sinon rester inaccessibles dans des expériences de laboratoire. Nous pourrons avec ce fameux modèle de repousser les limites de notre compréhension des sols partiellement saturés. Nous pourrons également proposer des solutions aux paradoxes actuelles et contribuer au développement de la géomécanique dans son entièreté.
==Références==
[1] R. Wan, F. Nicot, and F. Darve, Failure in geomaterials: a contemporary treatise. Oxford: Elsevier, 2017.
[2] L. Scholtes, “Modélisation micromécanique des milieux granulaires partiellement saturés,” PhD thesis, Institut National Polytechnique de Grenoble-INPG, 2008.
[3] L. Scholtès, B. Chareyre, F. Nicot, and F. Darve, “Micromechanics of granular materials with capillary effects,” International Journal of Engineering Science, vol. 47, no. 1, pp. 64–75, Jan. 2009, doi: 10.1016/j.ijengsci.2008.07.002.
[4] L. Scholtès, P. ‐Y. Hicher, F. Nicot, B. Chareyre, and F. Darve, “On the capillary stress tensor in wet granular materials,” Num Anal Meth Geomechanics, vol. 33, no. 10, pp. 1289–1313, Jul. 2009, doi: 10.1002/nag.767.
[5] J. Duriez and R. Wan, “Stress in Wet Granular Media with Interfaces via Homogenization and Discrete Element Approaches,” J. Eng. Mech., vol. 142, no. 12, p. 04016099, Dec. 2016, doi: 10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0001163.
[6] J. Duriez and R. Wan, “Contact angle mechanical influence in wet granular soils,” Acta Geotech., vol. 12, no. 1, pp. 67–83, Feb. 2017, doi: 10.1007/s11440-016-0500-6.
[7] J. Duriez, M. Eghbalian, R. Wan, and F. Darve, “The micromechanical nature of stresses in triphasic granular media with interfaces,” Journal of the Mechanics and Physics of Solids, vol. 99, pp. 495–511, Feb. 2017, doi: 10.1016/j.jmps.2016.10.011.
[8] J. Duriez and R. Wan, “A micromechanical μ UNSAT effective stress expression for stress-strain behaviour of wet granular materials,” Geomechanics for Energy and the Environment, vol. 15, pp. 10–18, Sep. 2018, doi: 10.1016/j.gete.2017.12.003.
[9] B. Mielniczuk, O. Millet, G. Gagneux, and M. S. El Youssoufi, “Characterisation of pendular capillary bridges derived from experimental data using inverse problem method,” Granular Matter, vol. 20, no. 1, p. 14, Feb. 2018, doi: 10.1007/s10035-017-0784-8.
[10] M. Miot, G. Veylon, A. Wautier, P. Philippe, F. Nicot, and F. Jamin, “Numerical analysis of capillary bridges and coalescence in a triplet of spheres,” Granular Matter, vol. 23, no. 3, p. 65, Aug. 2021, doi: 10.1007/s10035-021-01127-0.
[11] F. Z. E. Korchi, “Approche expérimentale multi-échelle de l’effondrement capillaire de sols granulaires,” Université de Montpellier, 2017.
[12] V. Smilauer et al., “Yade Documentation,” 2023, doi: 10.48550/ARXIV.2301.00611.
[13] J.-P. Gras, “Approche micromécanique de la capillarité dans les milieux granulaires: rétention d’eau et comportement mécanique,” PhD thesis, Université de Montpellier II-Sciences et Techniques du Languedoc, 2011.
[14] G. Gagneux and O. Millet, “An analytical framework for evaluating the cohesion effects of coalescence between capillary bridges,” Granular Matter, vol. 18, no. 2, p. 16, May 2016, doi: 10.1007/s10035-016-0613-5.
[15] M. Eghbalian, M. Pouragha, and R. Wan, “Micromechanical formulation of first‐ and second‐order works in unsaturated granular media,” Num Anal Meth Geomechanics, vol. 47, no. 7, pp. 1152–1174, May 2023, doi: 10.1002/nag.3509.
Cette année, la toile s’est réjouie de voir certains animaux se rebeller contre les activités [...]
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dimanche 7 janvier 2024
En décembre, en une semaine, deux personnes sont mortes tuées par des automobilistes dans les rues de Vitry-sur-Seine. Un jeune garçon de 14 ans qui revenait du collège à trottinette, avenue Paul Vaillant-Couturier et un homme de 59 ans sur un scooter, avenue Rouget-de-L’Isle (articles du Parisien, abonnés).
On sait que les gens à pieds, à vélo ou à trottinette ont payé un lourd tribut à la « sécurité routière » en 2022 dans le Val-de-Marne, avec 21 décès (Le Parisien, abonnés). Le bilan de 2023 qui doit être publié prochainement devrait être préoccupant, vu les tendances récentes (Le Parisien, accès libre).
A Vitry-sur-Seine, comme encore dans de nombreuses villes du département, la voiture occupe une place démesurée. Son emprise se voit dans les aménagements et aussi dans les comportements: stationnement en double file, sur les passages piétons ou les trottoirs, ou sur les pistes cyclables encore trop rares. Les vitesses pratiquées sont manifestement excessives, faute d’aménagements qui la limitent physiquement – les rares limitations à 30 km/h ne sont pas respectées.
Cela se voit dans les chiffres et les outils de datavisualisation mis à disposition par l’Observatoire national interministériel de la sécurité routière. On relève ainsi 257 accidents graves et 11 décès à Vitry-sur-Seine entre 2013 et 2022 (94Citoyens, abonnés) avec une surreprésentation de l’avenue Paul Vaillant-Couturier et de ses abords, ainsi que le long de la départementale 5: les avenues Robespierre et Rouget-de-L’Isle notamment.
Or la violence routière n’est pas une fatalité. De nombreuses villes s’emparent du problème et apportent des solutions par un éventail d’actions et d’aménagements bénéfiques à la sécurité et au cadre de vie de leurs administrés: limitations de vitesses et trottoirs traversants, politiques de développement des mobilités « douces », déplacement du stationnement sur les chaussées, politique ‘vision zéro‘ (comme zéro mort), dégagement de la visibilité en amont des passages piétons, verbalisation résolue des infractions routières, etc.
Face à ces morts inadmissibles, nous avons adressé, conjointement avec l’antenne Ivry-Vitry-Choisy de l’association MDB, un courrier au maire de Vitry-sur-Seine Pierre Bell-Lloch: une alerte sur la dangerosité de la circulation et la demande d’une action accélérée sur les aménagements et renforcée sur le contrôle des infractions.
Ce courrier fait suite au contact de citoyens vitriots auprès de notre association, qui l’ont donc impulsé et qui annoncent adresser également des courriers et courriels individuels à l’édile.
Puisse leur maire les entendre et prendre les mesures qui s’imposent pour apporter sécurité et qualité de vie à ses administrés.
En ce que ces tristes faits divers ont eu lieu sur deux voies départementales, la D5 et la D155, ce courrier sera également transmis aux services et élus concernés du Département, ainsi qu’au Préfet.
Je monte l’escalier de sortie du parking souterrain de l’hôtel de ville et mon œil se pose sur une araignée que je ne connais pas. Elle non plus d’ailleurs.
Pour une fois, je n’ai pas pris mon appareil photo, alors je pose mon cabas et lui tire le portrait avec mon téléphone portable. Une recherche rapide me permet d’identifier Steatoda nobilis. Cette espèce originaire de Madère et des Canaries s’est établie ça et là en Europe et en Amérique, au gré de transports de fruits exotiques. Mes photos faites, je me fraie un passage dans la foule du marché. Les cartons de bananes et de mangues sont à quelques pas de l’escalier !
Seratoda nobilis est d’une taille impressionnante mais elle est bien inoffensive. Timide, elle se cache ordinairement au fond d’une fissure et n’est pas du tout agressive. Celle-ci, curieusement à découvert, devait être transie de froid. J’y suis retourné bien sûr, avec un meilleur équipement. La belle avait disparue.
Retrouvez une autre Steatoda :
Steatoda triangulosa
L’extinction des espèces d’oiseaux est une menace de plus en plus importante pour la biodiversité [...]
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samedi 6 janvier 2024
Vous souhaitez tout savoir sur la libre évolution et ses enjeux ? Assistez au séminaire [...]
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Le tour de l’étang du Corra est une agréable promenade. J’y vais en semaine, il y a moins de monde. Un petit escalier m’invite à me rapprocher de la berge. Je bats quelques roseaux et récupère la belle Marpissa nivoyi, une araignée sauteuse qui a une particularité étonnante, elle est très agile en marche arrière !
Cette petite punaise m’intrigue, elle ressemble fort à Chilacis typhae, une classique des roselières, mais certains détails semblent différents. J’examine quelques autres individus et me rends à l’évidence : c’est une autre espèce. Dans la famille de Chilacis typhae, les Artheneidae, je trouve Holcocranum saturejae qui correspond tout à fait. Le critère à observer, ce sont les quatre carènes blanches sur le pronotum, que n’a pas Chilacis typhae. Le dessin sur la tête diffère aussi. Cette espèce semble nettement plus rare, en tout cas elle est très peu souvent observée.
En même temps !
Holcocranum saturejae est une espèce méditerranéenne, mais étonnamment elle est présente aussi en Hongrie et en Allemagne, ainsi qu’en Afrique du sud et aux Etats-Unis. Elle se nourrit des graines de saules tombées à terre, mais aussi de celles des massettes (Typha sp.) bien que ces plantes soient botaniquement très éloignées.
A quelques mètres, je trouve cet attendrissant juvénile qui pourrait bien être de la même espèce.
Pris d’un doute, je vérifie toutes mes photos de Chilacis typhae. Et je découvre parmi elles un Holcocraum saturejae, photographié en septembre 2021 au parc du peuple de l’herbe !
Cette espèce vient donc d’être nouvelle pour l’Ile-de-France, mais rétroactivement depuis 2021 !
Retrouvez une autre punaise des roselières :
Stenodema calcarata
Source :
Hémiptères Lygaeidae volume 1 de Jean Péricart – Faune de France 84A
Qualifié de “pirate” par la cour d’appel américaine, l’activiste pour la protection de la mer [...]
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vendredi 5 janvier 2024