PhD Defense: Numerical Analysis of Chemo-Mechanical Couplings in Geomaterials at the Microscale by Alexandre SAC-MORANE (GCE)
immc | Louvain-la-Neuve
Afin de réduire l’effet des activités humaines sur le changement climatique, diverses techniques industrielles envisagent l’injection de fluide dans des réservoirs souterrains, modifiant ainsi la composition chimique de l’eau contenu dans les pores. Cette déstabilisation peut provoquer une évolution de la microstructure du matériel hôte à travers des réactions localisées de dissolution/précipitation, changeant les paramètres mécaniques à l’échelle de l’échantillon. Le développement et l’application de modèles numériques, qui décrivent explicitement la microstructure, apparaissent comme une méthode prometteuse pour agrandir la compréhension des interactions entre la mécanique et la chimie à travers les différentes échelles en jeu. En effet, l’addition/soustraction locale de matériel (chimie) s’applique à l’échelle de la microstructure. Par la suite, les propriétés mécaniques à l’échelle de l’échantillon évoluent avec la modification de la morphologie des grains et de la microstructure.
Cette thèse se concentre sur trois phénomènes impliquant un couplage chemo-mécanique: la dissolution des joints de roches sédimentaires, l’hydratation du ciment et le phénomène de pression-solution. Dans ces travaux, la chimie est capturée avec une description Phase-Field, tandis que la mécanique est modélisée avec un modèle aux éléments discrets ou finis. Par ailleurs, ces formulations ont été couplées pour développer un modèle Phase-Field aux éléments discrets, une formulation capable de capturer (i) la réorganisation granulaire, (ii) des formes de grains irrégulières, (iii) la force transmisse aux contacts, (iv) des dissolutions/précipitations hétérogènes, (v) la diffusion des espèces dissoutes dans l’eau et (vi) les processus limitants.
Cette étude met en lumière l’effet majeur de la chimie sur le comportement mécanique d’un geomatériel. Plus particulièrement, l’état de contrainte d’un milieu granulaire cimenté évolue avec la dissolution des joints. De même, les propriétés mécaniques d’un ciment peuvent être déduites depuis l’évolution de la microstructure durant l’hydratation si elle est modélisée explicitement. Finalement la nouvelle méthode Phase-Field aux éléments discrets a été calibrée et validée pour le phénomène de pression-solution avec une campagne expérimentale disponible dans la littérature. Par la suite, l’importance de la précipitation et de la réorganisation granulaire, souvent négligées dans la littérature, a été mise en lumière dans le cas du fluage dû au phénomène de pression-solution.
Jury members :
Prof. Hadrien Rattez (UCLouvain, Belgium), supervisor
Prof. Manolis Veveakis (Duke University, USA), supervisor
Prof. Paul Fisette (UCLouvain, Belgium), chairperson
Prof. João Almeida (UCLouvain, Belgium)
Prof. Jean Sulem (Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, France)
Prof. Renaud Toussaint (Université de Strasbourg, France)
Soutenance publique également accessible par visio-conférence via le lien (TEAMS) :
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