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Benoit PIEZEL


coordonnées


Benoit PIEZEL
tel +32-650.36.79, fax +32-2-650.27.89, bpiezel@batir.ulb.ac.be
Campus du Solbosch
CP*, avenue F.D. Roosevelt 50, 1050 Bruxelles



unités de recherche


Modélisation des Structures et des Matériaux [Structural and Material Computational Mechanics] (BATir - SMC)



projets


Etude de comportements multi-physiques couplés dans les sols par une approche expérimentale et numérique multi-échelles [Analysis of coupled multi-physical behaviour of soils using a multi-scale experimental and computational approach]
Les géomatériaux sont caractérisés par des comportements complexes résultant des différents processus physiques qui s'y développent (mécanique, hydraulique, thermique, chimique). L'étude de leur comportement passe par des campagnes expérimentales qui peuvent s'avérer complexes et coûteuses par le fait même des différents processus qu'il faut maîtriser. Dans le cadre de ce projet, nous proposons de coupler des techniques d'homogénéisation numérique à des méthodes de caractérisation expérimentale pour des situations caractéristiques de mécanique des sols dans lesquelles les couplages multi-physiques sont présents. Cette approche a pour objectif de montrer que la combinaison de techniques numériques et expérimentales permet des gains substantiels dans la compréhension et la caractérisation du comportement de ce type de matériau. Elle se focalisera sur un problème physique, pour lesquels l'ULB a développé une expertise, à savoir le comportement chémo-mécanique de sols traités à la chaux (en particulier un limon) pour lequel le travail consiste à montrer comment l'évolution microstructurale du matériau explique l'augmentation des propriétés mécaniques macroscopiques (modules, cohésion, angle de frottement) en fonction des quantités de chaux consommées. Le projet inclut un partenariat avec l'ULg (Dr. F. Collin), qui se focalisera sur l'étude du comportement hydro-mécanique de l'argile, montrant comment l'eau, présente dans les pores à l'échelle de la microstructure, influence le comportement global de l'argile à l'échelle macroscopique. [Geomaterials are characterised by complex behaviours resulting from the various processes they involve (mechanical, hygral, thermal and chemical processes). The study of their behaviour requires complex and costly experimental characterisation campaigns as a result of these various processes. Within this project, computational homogenisation techniques will be combined with experimental characterisation for typical situations of soil mechanics in which physical couplings are present. This approach aims at showing that such a combined experimental-computational approach allows substantial gains in the understanding and characterisation of the behaviour of such materials. It will be focused on a physical problem for which ULB developed a previous expertise, i.e. the chemo-mechanical behaviour of lime treated soils. The work will consist in showing how the microstructural evolution of the material is related to the improvement of its macroscopic mechanical properties (Modulus, Cohesion, friction angle) as a function of the advancement of the chemical reaction. The project includes a collaboration with ULg (Dr. F. Collin), who will focus on the coupled hygro-mechanical behaviour of clay, showing how water present in the microstructure (at the pore level) impacts the global clay behaviour at the macroscopic scale. ]

Développement de méthodes numériques multi-échelles pour la rupture quasi-fragile des géomatériaux et pour la prise en compte d'incertitudes dans leur comportement mécanique [Development of computational multi-scale frameworks for the failure behaviour of quasi-brittle geomaterials and for the incorporation of uncertainties in their mechanical behaviour]
Ce mandat d'impulsion vise le développement de méthodes efficaces et objectives de calculs multi-échelles pour le comportement à la rupture de structures et de matériaux quasi-fragiles. Des méthodes de calcul récentes utilisent des modèles dans lesquels plusieurs échelles de représentations sont prises en compte via l'utilisation de schémas d'homogénéisation. L'utilisation de ces approches pour la rupture reste coûteuse en raison de l'importance des calculs qu'elles supposent et de leur complexité. Pour adapter ces techniques à la représentation de la rupture, il est proposé de travailler sur deux développements fondamentaux indispensables. Le premier objectif du projet est de développer une stratégie de calcul adaptative combinant l'homogénéisation numérique et un modèle macroscopique discret. Cette partie du travail permettra d'introduire une notion de sélectivité dans les calculs pour diminuer leur coût, et de simplifier les méthodes actuelles qui restent très complexes malgré leurs résultats préliminaires prometteurs. Elle s'attachera également à s'affranchir d'hypothèses contraignantes des calculs multi-échelles actuels, telle que par exemple la périodicité supposée des réponses microstructurales. Le deuxième objectif est de rendre les techniques d'homogénéisation plus objectives en permettant une évaluation numérique des dispersions sur des propriétés mécaniques macroscopiques sur la base des dispersions postulées pour chacun des constituants d'une microstructure donnée. [This scientific impulsion grant aims at developing effective and objective computational multi-scale methods for the mechanical failure behaviour of quasi-brittle materials. Recent computational schemes, known as FE², use simultaneously several scales of representation in conjunction with homogenisation schemes. The use of such techniques remains costly because of their huge computational cost and their complexity. Adaptations are needed to apply these methods for failure modelling. Two fundamental developments are required and are the subject of this research. The first part of the project consists in developing an adaptive multi-scale strategy combining computational homogenisation with a macroscopic discrete description of equilibrium. This part of the research will allow introducing selectivity in the computations in order to decrease their cost, and to simplify these methodologies which remain rather complex in spite of their promising results. Some additional constraining features of current frameworks such as periodicity will also be questioned in this part of the work. The second fundamental development is to make multi-scale computations more objective by allowing the evaluation of macroscopic properties scattering of a material based on scattering postulated (or observed) at the scale of its constituents.]



disciplines et mots clés déclarés


Déformation, rupture matériaux Mécanique des roches Mécanique des sols Programmation et méthodes de simulation Résistance et comportement des matériaux

amélioration des sols couplage chémo-mécanique dispersions matérielles géomatériaux matériaux quasi-fragiles mécanismes couplés modélisation de la rupture modélisation multi-échelles