Soutenance de thèse de Adriane CLERC

Les systèmes granulaires sont omniprésents dans nos vies. De leur capacité à se comporter comme un solide, un fluide et un gaz découlent de nombreuses questions et applications, notamment dans le domaine de la gestion des risques naturels (avalanche neigeuse, glissement de terrain) et la surveillance des digues et barrages. La transition inertielle, qui est le passage d'un régime quasistatique à un régime dynamique, dans milieux granulaires est l'objet d'étude de cette thèse. Les bouffées d'énergie cinétique, premiers signes d'une instabilité inertielle, sont analysées à l'échelle mésoscopique à l'échelle de différents volumes représentatifs quasi 2D, soumis à un cisaillement, avec ou sans gravité. Un travail conséquent est effectué pour mettre en place des outils et grandeurs à l'échelle des cycles de grains, en particulier pour définir un travail du second ordre mésoscopique. Dans le contexte d'un test biaxial sans gravité, il est montré que les bouffées d'énergie cinétique nucléent dans des parties plus lâches et dont les contacts sont plus proches de rompre que dans le reste de l'échantillon. L'évolution des mésostructures illustre les réorganisations microscopiques localisées dans le temps et dans l'espace créées par une bouffée localisée. Les définitions établies de la contrainte mésoscopique et du travail du second ordre permettent de montrer que le critère du travail du second ordre est aussi applicable à l'échelle mésocopique. L'annulation du travail du second ordre est un précurseur à l'apparition d'une bouffée d'énergie cinétique. Des résultats similaires sont retrouvés pour un cisaillement gravitationnel à l'échelle d'une pente. Plus la pente augmente, plus les réorganisations liées aux bouffées d'énergie cinétique ne sont plus controllées, jusqu'à un glissement généralisé qui marque la transition inertielle.

Granular systems are widely present in our lives. Numerous interrogations and applications result from their ability to behave like a solid, a fluid and a gaz. Monitoring and forecasting natural hazards triggering (snow avalanches, landslides) and earthen dam failures are depending on the understanding and the modelling of granular systems instabilities. The inertial transition, which is the transition from a quasistatic regime to a dynamical regime, inside granular materials is the subject of this PhD thesis. As first clues of inertial instability, bursts of kinetic energy are studied at the mesoscopic scale in different quasi 2D representative elementary volumes, under shearing with or without gravity. A significant work is done in order to define quantities and tools attached to grain loops, especially in order to define a mesoscopic second order work. In the context of a biaxial test without gravity, bursts of kinetic enrgy are shown to appear in a looser area, with a higher proportion of critical contacts (close to sliding) than in the rest of the granular specimen. Mesostrucures evolution underline time and space localized microscopic reorganizations induced by localized bursts of kinetic energy. The definitions of the mesoscopic stress and of the mesoscopic second order work enable to show that a mesoscopic second order work criterion is valid. The vanishing of the mesoscopic second order work is a precusor of bursts of kinetic energy. Similar results are found for gravitationnal shearing at the scale of a slope. The steeper the slope is, the less the reorganizations linked to bursts of kinetic energy are controlled, until the inertial transition marked by a general slide.