Thèse sur la fatigue et fissuration progressive des roches sous chargement cyclique de contraintes envi

Sujet de thèse :
La zone critique (les premières dizaines de mètres du sous-sol) est une couche essentielle pour les échanges entre l'atmosphère, l'hydrosphère, la cryosphère et la Terre solide. La fissuration et la fracturation de cette zone critique sont considérées comme une étape fondamentale de l'érosion rocheuse ; elles jouent un rôle prépondérant dans la formation du relief, mais aussi dans les risques naturels de nature gravitaire (chutes de pierres, glissements de terrain).
Les origines et la dynamique de la fracturation sur un affleurement rocheux naturel restent insuffisamment documentées, et il n'existe pas d'estimation quantitative de l'influence des facteurs environnementaux sur la formation des fissures. À l'aide d'essais mécaniques en laboratoire soumettant les échantillons à des contraintes cycliques et/ou à des charges thermiques et/ou hydriques, nous déterminerons et paramétrerons les lois régissant l'évolution des dommages, qui seront ensuite appliquées aux observations sur site réalisées sur des falaises naturelles. Alors que les observations sur le terrain portent principalement sur l'acoustique et la sismologie, ainsi que sur les données météorologiques, les expériences en laboratoire permettront de réaliser des observations beaucoup plus approfondies, notamment des mesures de contraintes et de déformations dans des conditions environnementales contrôlées (température, hygrométrie).

Ce travail de doctorat consistera à mettre au point et à réaliser des essais mécaniques en laboratoire sur divers échantillons de roches soumis à des charges cycliques. Ces charges comprendront (si cela est techniquement possible) des contraintes cycliques, des cycles thermiques, des cycles hydriques et, éventuellement, des cycles de gel-dégel. L'appareillage comprendra des jauges de déformation et de contrainte, un système de corrélation d'images numériques (déformation 2D) et un système d'acquisition de données environnementales.
Le traitement des données acoustiques fera appel à la spectroscopie des ondes diffuses (décorrélation des formes d'onde) et à l'interférométrie des ondes de coda (variations de vitesse relative) afin de quantifier respectivement la propagation des fissures et les variations de contrainte en 3D. Un problème inverse sera ensuite résolu (noyaux de sensibilité Locadiff) pour produire des images 3D résolues en temps des variations mécaniques. L'expérience en laboratoire permettra de quantifier les paramètres pertinents pour les lois de dégradation dérivées des modèles de Paris ou d'Atkinson, et servira ensuite à prédire l'effet du changement climatique sur la formation de fissures et les éboulements dans les Alpes. Le travail de doctorat portera également sur des modèles théoriques et numériques de fatigue et de dégradation cyclique, y compris les lois de dégradation activées thermiquement.


Compétences recherchées :
- Traitement du signal, mécanique, science de
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