Étude des propriétés mécaniques et acoustiques d'un milieu granulaire sous chargements cycliques, Study of mechanical and acoustical properties of a granular medium under cyclic load

Amandine Miksic

Description

Sous la direction de Xiaoping Jia, Guy Bonnet
Thèse soutenue le 18 septembre 2008: Paris Est
Ce travail porte sur la caractérisation, par une méthode acoustique, du comportement mécanique d’un milieu granulaire sous chargement cyclique. La propagation d’ondes ultrasonores, à travers le réseau des contacts supportant les efforts dans l’échantillon, permet de sonder les propriétés viscoélastiques de ces milieux hétérogènes. Dans une première partie, nous étudions le comportement visco-élasto-plastique d’un empilement de billes de verre lors d’un essai oedométrique. Nous examinons en particulier le tassement, ou la déformation résiduelle, et la dissipation hystérétique, en fonction du nombre de cycles, du taux de déformation et de l’état de surface des billes. Nous montrons que les modules déduits des donnés mécaniques (déformation e ~ 10?4-10?³) sont dix fois plus petits que ceux obtenus par les mesures acoustiques (e ~ 10?7) à cause de la réponse non linéaire du milieu. Dans une seconde partie, nous nous intéressons au fluage et à la relaxation de contrainte du milieu. L’originalité de cette étude est le suivi par la mesure de la vitesse du son, qui présente une augmentation de type logarithmique dans les deux types d’essais. Le modèle basé sur la mécanique des microcontacts entre grains rugueux décrit bien nos résultats expérimentaux
-Acoustique des milieux granulaires
-Essai oedométrique
-Chargement cyclique
-Fluage et relaxation
This work deals with the characterization, by an acoustical method, of the mechanical behaviour of a dry dense granular medium under cyclic loading using an acoustic technique. The sound propagation through the contact-force network supporting the external load offers a non-invasive probe of the viscoelastic properties of such heterogeneous media. First, we study the visco-elasto-plastic response of the glass bead packing during an oedometric test and investigate the settlement or residual deformation and the hysteretic dissipation as function of loading cycles, strain rate and the surface state of the grains. We show that the modulus deduced from mechanical results (strain e ~ 10?4-10?³)) are about tens time smaller than those from acoustic measurements (e ~ 10?7) due to the nonlinear response of the material. Next, we examine creep and relaxation phenomena of the granular medium. The novelty of our study lies in the simultaneous monitoring of the sample using acoustic measurements. We find quasi-logarithmic increase of sound velocities in both mechanical tests. The model based on the mechanics of micro-contact between rough grains describes fairly well our experimental results
-Acoustics of granular media
-Oedometric test
-Cyclic loading
-Creep and relaxation
Source: http://www.theses.fr/2008PEST0248/document

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 74
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• Poids de l'ouvrage: 6 Mo

Extrait

Thèse de Doctorat présentée pour obtenir le titre de
Docteur de l’Université Paris-Est
Spécialité : Physique

Ecole doctorale :
Information, Communication, Modélisation et Simulation (ICMS)

Présentée et soutenue publiquement le 18 septembre 2008 par
Amandine MIKSIC


Étude des propriétés mécaniques et acoustiques
d’un milieu granulaire sous chargements cycliques




Devant le jury composé de


M. Pierre Evesque, Directeur de recherche CNRS (LMSSMat) Ecole Centrale Paris, Rapporteur

M. Pierre-Yves Hicher, Professeur (GeM) Ecole Centrale Nantes, Rapporteur


M. Xiaoping Jia, Professeur (LPMDI) Université Paris-Est, Directeur de thèse
M. Guy Bonnet, Professeur (LMSME) Université Paris-Est, Co-Directeur de thèse

M. Jean-Noël Roux, Ingénieur des Ponts & Chaussées (LMSGC) Université Paris Est, Invité
M. Pierre Mills, Professeur (LPMDI) Université Paris-Est, Invité
tel-00350277, version 2 - 1 Apr 2010Remerciements


Au terme de ma thèse, je tiens à remercier tous ceux qui, de près ou de plus loin, ont
contribué à sa réalisation et m’ont aidée pendant ces années. Je souhaite aussi saluer toutes les
personnes avec qui j’ai pu collaborer pour mes autres activités en tant que doctorante.


Je remercie chaleureusement Pierre Evesque et Jean-Noël Roux pour leur examen
attentif et pertinent de ce manuscrit de thèse, ainsi que Pierre-Yves Hicher pour avoir
également accepté de présider ce jury. Je leur suis très reconnaissante de s’être penchés sur ce
travail avec autant d’entrain et de curiosité. Leurs discussions et conseils concernant nos
interprétations resteront précieux. Je souhaite également remercier vivement Pierre Mills pour
s’être intéressé à ma thèse. Merci également pour sa présence et ses remarques lors des
présentations faites, en particulier lors du GdR « Milieux granulaires » en mai 2007.

Après ces quatre années, je me dois de remercier mon directeur de thèse, Xiaoping Jia,
pour sa grande exigence et sa motivation pour mon travail. Il m’a appris le métier de
chercheur et transmis son enthousiasme pour la « Science en marche ». Je lui suis
reconnaissante de m’avoir fait bénéficier de ses connaissances et de ses conseils, ainsi que de
m’avoir encadrée au jour le jour. Je suis également heureuse d’avoir pu faire de
l’enseignement grâce à lui à travers le monitorat qu’il a réussi à m’obtenir. Cette expérience
d’enseignement en parallèle de la recherche a été pour moi très formatrice et enrichissante.

Je tiens à remercier sincèrement Guy Bonnet, Professeur et directeur du Laboratoire de
Mécanique (LaM) à Marne-la-Vallée, qui a accepté de codiriger ma thèse. Il s’est intéressé à
mon travail et y a investi une partie de son temps, à travers d’efficaces discussions,
particulièrement sur la mécanique des milieux granulaires. Ses idées, sa vision synthétique et
sa rigueur m’ont toujours permis de mieux avancer après nos entretiens. Mon travail a sans
cesse été fortement amélioré grâce à ses critiques constructives et judicieuses.

Cette thèse a été réalisée au sein du Laboratoire de Physique des Milieux Divisés et
des Interfaces à l’Université Paris-Est. Je remercie d’abord Michèle Adler, directrice du
LPMDI, pour m’avoir accueillie et permis de réaliser cette thèse au sein du laboratoire. Je lui
exprime ici ma gratitude pour m’avoir permis de finir mon travail dans de bonnes conditions
grâce à un poste de demi-ater jusqu’à la rentrée 2008. Sa sollicitude et ses conseils avisés,
ainsi que ceux de Bernard Prunet–Foch, m’ont été bénéfiques. Je leur souhaite à tous deux
une bonne continuation après toutes ces années au service de la Recherche et de la Science. Ils
resteront pour moi des exemples de réussite.

Un merci reconnaissant à l’équipe qui travaille sur les milieux granulaires. Je remercie
Yacine Khidas et Vincent Langlois pour les discussions scientifiques que j’ai pu avoir avec
eux, ainsi que pour leurs approches et leurs connaissances complémentaires sur les ondes et
la mécanique de ces milieux. Merci aussi pour les ouvrages bien utiles que j’ai pu leur
emprunter régulièrement. Merci spécialement à Thomas Brunet qui m’a fait partager son
expérience de doctorant, mais aussi ses goûts musicaux, dans notre bureau. Son enthousiasme
et sa forte motivation pour le métier de chercheur ont été très positifs pour moi. Je lui souhaite
de continuer à réussir dans la recherche aussi bien qu’il l’a fait pendant sa thèse.




- 2 -
tel-00350277, version 2 - 1 Apr 2010Je voudrais particulièrement remercier Jérôme Laurent, le responsable SEII du
LPMDI. Ayant lui-même une grande charge de travail avec son activité de recherche pour son
mémoire d’ingénieur et son rôle irremplaçable au sein du laboratoire, il réussit à rester patient
et disponible pour chacun. Son étude par résonance acoustique du comportement non-linéaire
des milieux granulaires équivaut à un travail de thèse qu’il a su effectuer en parallèle avec son
emploi. Son aide m’a été très précieuse, sur les multiples et diverses difficultés rencontrées
aussi bien dans le domaine informatique que dans les activités connexes et expérimentales.
Un grand merci et une bonne continuation pour la suite.

Cette thèse expérimentale n’aurait pu être réalisée sans la participation de David
Hautemayou, responsable de l’atelier mécanique jusqu’en décembre 2007. La presse manuelle
que j’ai utilisée en premier est l’une de ses nombreuses réalisations au sein du laboratoire ; la
cellule oedométrique adaptée au montage et employée pour toutes les expériences en est une
autre. Je tiens à le remercier chaleureusement pour ses qualités techniques et humaines. Sa
sagesse face à différents problèmes et ses conseils m’ont bien aidée. Je souhaite aussi le
remercier pour l’utile formation de secourisme qu’il nous a proposée. Je salue également
Hubert Sizun qui travaille maintenant à l’atelier et a su si bien s’intégrer dans le laboratoire,
grâce à son efficacité et à sa gentillesse.

Merci chaleureusement aux autres membres permanents du laboratoire, qui ont su
rendre les pauses à la fois agréables et intéressantes. Les longues journées de travail n’ont pu
rester efficaces qu’en aménageant avec eux ces courts moments de repos, mais aussi de
discussions scientifiques variées et enrichissantes. Merci en particulier à Anne-Laure,
Florence et Julien pour leur bonne humeur et leur patience devant mes nombreuses questions.
Le laboratoire a également été le lieu du partage des connaissances : un merci particulier pour
Elise Lorenceau-Bossy qui nous a proposé tout au long de ces années des séminaires tous plus
intéressants les uns que les autres.

Je ne saurais oublier les autres étudiants du laboratoire, les doctorants qui m’ont
précédée comme ceux qui m’ont suivie, avec lesquels j’ai pu partager de nombreuses idées,
ainsi que la découverte des activités de recherche et de la vie au laboratoire. Un grand merci à
Max, Christelle et Sébastien pour avoir partagé leurs expériences en tant que thésards. Bon
courage à Rémi, Nicolas, Kévin, Aline, Carole et Tayeb pour leurs propres travaux et la fin de
leurs thèses. Et bonne continuation à Guillaume, qui a choisi une autre voie. Un merci spécial
à Adélaide et Kapil pour leur sympathie et leur précieuse aide en anglais.

La recherche n’a pas été la seule activité lors de ce doctorat. J’ai aussi eu une charge
d’enseignement pour le monitorat, qui m’a amené à côtoyer de nombreuses personnes que je
souhaite saluer ici. Je voudrais surtout remercier Luc Chevalier et toute son équipe, au
Laboratoire de Mécanique de Marne-la-Vallée, pour leur efficace et agréable collaboration en
Mécanique. Je salue aussi Lidia Andric et François Lique avec lesquels j’ai pu collaborer en
cours et TD.

Enfin toutes ces années n’auraient été possibles sans l’enthousiasme et le soutien
constant de mon entourage. Tout d’abord Vincent, ma chère moitié : merci à mon ingénieur
préféré d’avoir su composer avec mes moments de passion aussi bien que de désespoir