Étude des matériaux granulaires et des suspensions par ultrasons

Le personnel du laboratoire (environ 170 personnes) se répartit sur trois bâtiments voisins de la Cité Descartes (Marne-la-Vallée) : les bâtiments Carnot et Coriolis de l’ENPC situés avenue Blaise Pascal (site Pascal), et le bâtiment Bienvenüe de l’UGE situé juste en face du bâtiment Carnot. Par ailleurs, le laboratoire dispose d’un appareil IRM qui est situé dans les bâtiments de l’Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEM) dans le bâtiment Alexandra David Neel.
Associant étroitement la production de connaissances et la formation en mécanique appliquée à divers domaines, le Laboratoire Navier est impliqué dans de nombreuses collaborations nationales et internationales avec des établissements publics et privés. Il est membre de la Fédération Francilienne de Mécanique (fédération de recherche CNRS FR2609) et porte avec ses partenaires de l’Université Paris-Est (UPE) le Laboratoire d’Excellence (Labex) « Modélisation et Expérimentation Multi-Echelle des Matériaux pour la Construction Durable » (MMCD).

Les matériaux granulaires sont des systèmes caractéristiques de nombreuses applications industrielles, de l’agroalimentaire aux matériaux de construction. Ils interviennent aussi comme un bon modèle représentatif des propriétés mécaniques des sols. Sous charge, les matériaux granulaires se comportent de manière singulière pouvant, de manière soudaine, se bloquer ou au contraire se rompre et s’écouler.

Les mécanismes à l’origine de la rupture des matériaux granulaires sont actuellement mal compris en raison de leur nature amorphe (les grains sont souvent arrangés de manière aléatoire), et de la prédominance de la friction solide inter-grain. Par exemple, comprendre comment des réarrangements de position des grains sur des échelles spatiales très inférieures à leur taille peuvent déstabiliser le système macroscopique et initier une avalanche reste un défi majeur.

Dans ce contexte, les méthodes optiques à même de détecter de tels réarrangements de grains sous contrainte sont mal adaptées en raison de l’opacité des milieux granulaires. Nous proposons de développer une caractérisation de la dynamique locale des grains par une méthode basée sur la corrélation de signaux ultrasoniques dans le régime de diffusion multiple, pour lequel la longueur d’onde est proche de la taille des grains. Une première implémentation de cette méthode a donné des résultats significatifs permettant notamment de détecter un précurseur à la rupture.

Le projet porte sur l’application de la méthode ultrasonore à l’étude détaillée de l’évolution de la structure du granulaire sous sollicitation cyclique. On attend notamment l’émergence de structures auto-organisées. Quelle est la conséquence de ces structures sur les propriétés mécaniques est une question ouverte que nous pouvons traiter en tirant profit de la bonne résolution de la méthode ultrasonore.

Cette méthode sera associées à d'autres caractérisations à l'aide des grands instruments disponibles au laboratoire, comme l'IRM et la microtomographie X.  On étudiera l’évolution de la structure du granulaire et des propriétés mécaniques associées en fonction du nombre et de l’amplitude des cycles.

Nous recherchons un(e) candidat(e) ingénieur ou universitaire avec une formation solide en physique/mécanique, et un intéret pour les sciences expérimentales.

Une aptitude pour la simulation numérique et la programmation est un plus.