Topic description
Les effondrements granulaires partiellement immergés, qu'ils soient d'origine naturelle (glissements sous-marins, érosion de falaises côtières) ou anthropique (ruptures de digues, rejets industriels), peuvent engendrer des vagues et des écoulements turbulents aux conséquences environnementales et socio-économiques majeures. Si des travaux récents ont mis en évidence le rôle du couplage entre la phase granulaire et la phase fluide dans la génération de ces phénomènes, les mécanismes micromécaniques à l'échelle du grain restent encore insuffisamment compris.
Cette thèse vise à analyser le transfert de quantité de mouvement entre un milieu granulaire et un fluide lors d'un effondrement partiellement immergé, en mettant l'accent sur l'influence de paramètres micromécaniques tels que la polydispersité, la porosité et les lois de contact (frottement, lubrification, capillarité). L'objectif est d'établir un lien qualitatif et quantitatif entre ces mécanismes à l'échelle microscopique et la dynamique macroscopique des vagues générées.
L'étude s'appuiera principalement sur une approche numérique innovante reposant sur le couplage d'une méthode des éléments discrets non lisses pour la phase granulaire et d'une méthode des éléments finis particulaires pour la phase fluide, permettant de décrire finement les interactions fluide–granulaire et la surface libre. Le modèle numérique sera enrichi par l'introduction de nouveaux mécanismes micromécaniques et optimisé afin de limiter les coûts de calcul.
Les résultats numériques seront confrontés à des données expérimentales issues de collaborations internationales, notamment à travers des essais d'effondrement granulaire réalisés en laboratoire. Cette validation permettra d'évaluer la robustesse du modèle et d'améliorer sa capacité prédictive. À terme, les travaux contribueront à une meilleure compréhension des phénomènes d'effondrement granulaire immergé et fourniront des outils de modélisation utiles pour l'évaluation et la prévention des risques naturels et industriels.
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Partially immersed granular collapses, whether of natural origin (submarine landslides, coastal cliff erosion) or anthropogenic origin (dam failures, industrial releases), can generate waves and turbulent flows with significant environmental and socio-economic consequences. While recent experimental and numerical studies have highlighted the importance of coupling between the granular and fluid phases in wave generation, the underlying grain-scale mechanisms remain insufficiently understood.
The objective of this PhD is to investigate momentum transfer between a granular medium and a fluid during partially immersed collapse events, with a particular focus on the influence of micromechanical parameters such as polydispersity, porosity, and contact physics (friction, lubrication, and capillarity). The aim is to establish qualitative and quantitative links between grain-scale mechanisms and the macroscopic dynamics of the generated waves.
The study will primarily rely on an innovative numerical approach based on the coupling of a nonsmooth Discrete Element Method for the granular phase with a Particle Finite Element Method for the fluid phase, enabling a detailed description of fluid–granular interactions and free-surface flows. The numerical model will be extended to incorporate additional micromechanical effects and optimized to reduce computational costs.
Numerical results will be validated against experimental data obtained through international collaborations, including laboratory-scale granular collapse experiments. This validation will allow the assessment of the model's robustness and predictive capabilities. Ultimately, this work aims to improve the understanding of partially immersed granular collapse phenomena and to provide advanced modelling tools for the assessment and mitigation of natural and industrial hazards.
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Début de la thèse : 01/10/
Funding category
Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)
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