Generalization of 3D mesostructures for a microstructural approach of soil behavior

Généralisation des mésostructures 3D pour un approche microstructurale du comportement du sol Dans le domaine des matériaux granulaires, le lien entre les variables microscopiques (forces de contact et déplacements) et les variables macroscopiques (contraintes et déformations) nécessite l'utilisation d'une échelle intermédiaire appelée échelle mésoscopique. À cette échelle, plusieurs mésostructures ont été identifiées et étudiées en tant qu'agrégats de grains ou de vides attachés tels que par exemple les boucles, les espaces poreux et les chaînes de force. Parmi ces mésostructures, les boucles sont particulièrement intéressantes car elles sont riches d'informations et sont les seules à ne pas être définies dans des conditions 3D. Ces boucles forment des polygones simples capables de diviser un milieu 2D en espaces fermés plus petits se sorte à ce que la somme de la surface des boucles est égale à la surface totale de l'échantillon. Par conséquent, l'application directe de la définition des boucles à des conditions 3D conduit à la formation de formes 2D dans un milieu 3D ce qui est irréaliste. Dans cette thèse, nous proposons d'étendre la définition des boucles au cas tridimensionnel. Dans un premier temps, une méthode d'identification des boucles (2D) basée sur la fusion de cellules créées par une triangulation de Delaunay est analysée. Ensuite, une extension de cette procédure à des conditions 3D est proposée. Comme les structures identifiés ne sont plus représentatives du concept mathématique de boucle (ou cycle), elles sont appelées Clusters. Ces structures se révèlent plus complexes que leurs homologues en 2D, ce qui nécessite un plus grand nombre de métriques pour les quantifier. C'est pourquoi les concepts de taille et d'ordre se distinguent respectivement par le nombre de grains et le nombre de frontières externes. En outre, le concept de déformabilité est introduit comme moyen de quantifier l'interconnectivité d'une structure en clusters. Une série d'essais triaxiaux 3D complexes a été réalisée grâce au logiciel LIGGGHTS qui est basé sur la méthode des éléments discrets (DEM) . Par la suite, une application a été développée pour analyser les propriétés des clusters pendant le trajet de chargement et en fonction de la proximité d'autres structures granulaires internes coexistantes (chaînes de force et bandes de cisaillement). Il est démontré que l'indice des vides moyen et la déformabilité (capacité à se déformer) des clusters augmentent avec leur taille. En outre, une augmentation du nombre de clusters plus denses est observée pendant la phase de contraction de la déformation macroscopique et des clusters plus lâches pendant la dilatation. Enfin, une relation entre les chaînes de force, les bandes de cisaillement et les clusters est établie. Toutes les caractéristiques des clusters mentionnées sont connues pour les boucles 2D. Les clusters peuvent donc être considérés comme des extensions des boucles dans des conditions 3D.