Financement

Agence National de la Recherche (ANR) : Appel à projet franco-allemand générique (ANR-DFG)

Période du financement  : du 1er octobre 2019 au 20 septembre 2022

Coordinateurs : P. Philippe (INRAE, Aix-en-Provence) et P. Cuéllar (BAM, Berlin)

Partenariat

UMR RECOVER - INRAE (Aix-en-Provence, France) : L’UMR RECOVER "Risques, écosystèmes, vulnérabilité, environnement, résilience" mobilise plus de 100 chercheurs, ingénieurs et techniciens ayant des compétences multidisciplinaires en sciences de l’environnement, sciences de la terre, sciences de l’ingénieur et écologie pour étudier les interactions et les couplages entre les systèmes naturels et anthropiques sur les territoires d’étude, et développer des approches transversales pour la gestion des risques. RECOVER a pour tutelle INRAE et Aix-Marseille université.

BAM Federal Institute for Materials Research and Testing (Berlin, Allemagne) : La Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) est un institut fédéral scientifique et technique de haut niveau qui dépend du Ministère fédéral de l'économie et de l'énergie. Il effectue des tests, des recherches et des conseils pour protéger les personnes, l'environnement et les biens matériels. Selon son décret fondateur, la BAM est responsable de la poursuite du développement de la sécurité dans les domaines de la technologie et de la chimie, de la mise en œuvre et l'évaluation des essais physiques et chimiques des matériaux et des installations, y compris la préparation des procédés et des matériaux de référence, de la promotion du transfert de connaissances et de technologies dans les domaines de travail de la BAM, et de la coopération dans l'élaboration de réglementations légales.

Collaboration extérieure

FAU Friedrich-Alexander-Universität (Erlangen-Nürnberg, Allemagne) : L'université FAU a développé 8 priorités de recherche interdisciplinaire (dont le calcul de haute performance, les nouveaux matériaux et procédés) qui permettent aux chercheurs de consolider leur expertise, d'échanger des idées et de former de fortes synergies de recherche. Au moins 2 facultés et 25 professeurs sont impliqués dans chaque priorité de recherche de la FAU. En particulier, la chaire en informatique LSS est axée sur la conception et la mise en œuvre d'algorithmes numériques parallèles efficaces pour un large éventail d'applications dans le domaine des sciences et de l'ingénierie informatiques, en étroite collaboration avec des chercheurs en mathématiques appliquées, en physique et en ingénierie ou avec des partenaires industriels. Sur une période de 20 ans, la LSS a développé plusieurs logiciels scientifiques majeurs open-source, notamment pour des calculs intensifs multiphysiques (waLBerla). 

Objectifs

Le projet COMET vise à clarifier les mécanismes mis en jeu lorsqu'un géomatériau cohésif est soumis par un écoulement fluide à des contraintes hydrauliques suffisamment importantes pour générer une dislocation locale à la surface du matériau solide, menant à une perte progressive de masse jusqu'à une éventuelle instabilité mécanique à plus grande échelle, au niveau par exemple de certaines infrastructures de génie civil comme les digues de protection contre les inondations ou les fondations des fermes éoliennes offshore. L’ambition est de combler le fossé entre les mécanismes élémentaires à l'échelle du grain et le problème d'ingénierie macromécanique en développant une modélisation micromécanique à grande échelle couplant des techniques adaptées d'une part à la simulation d'un fluide (Lattice Boltzmann Method) et d'autre part à celle d'un ensemble de particules solides discrètes (Discrete Elements Method) avec des interactions de contact complexes incluant de l’adhésion. Un développement progressif de modèles numériques représentatifs à différentes échelles sera privilégié, en commençant par le phénomène local à une échelle mésoscopique à l'aide d'expérimentations de laboratoire sur des systèmes réduits pour comparaison et validation des modèles numériques, puis en augmentant en taille et en complexité afin d'aller vers l'échelle réelle des problèmes d'ingénierie concernés. Un cas concret d'application sur le terrain concernera les structures de fondation utilisées pour les éoliennes offshore et les différents scénarios d'affouillement lors de leur mise en place dans le but d’améliorer les pratiques de l'ingénierie dans ce domaine.

The COMET project aims at clarifying the mechanisms involved when a cohesive geomaterial is subjected by fluid flow to hydraulic stresses that are sufficiently high to generate local dislocation at the surface of the solid material, leading to a progressive loss of mass to possible mechanical instability on a larger scale, for example in certain civil engineering infrastructures such as flood protection dykes or the foundations of offshore wind farms. The ambition is to bridge the gap between elementary mechanisms at grain scale and the problem of macro-mechanical engineering by developing large-scale micromechanical modeling coupling techniques adapted on the one hand to the simulation of a fluid (Lattice Boltzmann Method) and on the other hand to the simulation of a set of discrete solid particles (Discrete Elements Method) with complex contact interactions including adhesion. The progressive development of representative numerical models at different scales will be privileged, starting with the local phenomenon at a mesoscopic scale using laboratory experiments on reduced systems for comparison and validation of the numerical models, then increasing in size and complexity in order to move towards the real scale of the engineering problems concerned. A concrete case of field application will concern the foundation structures used for offshore wind turbines and the different scouring scenarios during their installation in order to improve engineering practices in this field.

Equipe

UMR RECOVER - Equipe Géomécanique Génie Civil Décision Risque (G2DR)

• Pierre Philippe : Directeur de recherche en Géomécanique
• Abbas Farhat : Doctorant en co-tutelle Aix-Marseille Université / Ruhr Universität Bochum
• Li-Hua Luu : Ingénieure de recherche en Géomécanique
• Alexis Doghmane : Ingénieur d'étude en Instrumentation Mesures Physiques

BAM - Division 7.2 Structures and Foundations

• Pablo Cuéllar : Directeur de recherche en Génie Civil
• Mohammad Sanayei : Doctorant en co-tutelle Aix-Marseille Université / Ruhr Universität Bochum

Collaborateurs

FAU - LSS Chair of Computer Science 10 (System Simulation)

• Christoph Rettinger : Doctorant en Modélisation Numérique Multiphysique
• Lukas Werner : Etudiant en Master Modélisation Numérique Multiphysique

Valorisation

A. Farhat, L.-H. Luu, P. Philippe & P. Cuéllar, Multi-scale cohesion force measurements for cemented granular materials, 9^th Powders and Grains Conference (juil. 2021)

L.-H. Luu, A. Doghmane, A. Farhat, M. Sanayei, P. Philippe & P. Cuéllar, Physical tests on localized fluidization in offshore suction bucket foundations, 15^th International Conference on Soil Mechanics Geotechnical Engineering ICSMGE (juin 2021)

M. Sanayei, A. Farhat, L.-H. Luu, L. Werner, C. Rettinger, P. Philippe & P. Cuéllar, Micromechanical framework for a 3D solid cohesion model – DEM implementation, validation and perspectives, PARTICLES (oct. 2021)

P. Cuéllar, M. Sanayei, A. Farhat, L.-H. Luu, A. Doghmane, P. Philippe, L. Werner, C. Rettinger & M. Baeßler, On the role of solid cementation for localized fluidization  problems in hydraulic earthworks and offshore foundations – Validating a micromechanical LBM-DEM approach, PARTICLES (oct. 2021)