Caractérisation expérimentale par mesure des champs du comportement mécanique et de la rupture dans une roche poreuse en déformation plane : déformation homogène et localisation de la déformation

Full-field experimental characterization of mechanical behaviour and failure in a porous rock in plane strain compression : homogeneous deformation and strain localization

• Auteur / Autrice : Patrizia Lanata
• Direction : Pierre Bésuelle, Gioacchino Viggiani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie
• Date : Soutenance le 02/04/2015
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sols, solides, structures - risques (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Yves Guéguen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Bésuelle, Gioacchino Viggiani, Roger Soliva, Suzanne Raynaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean Sulem, Patrick Baud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bifurcation, Théorie de la

Traitement d'images -- Techniques numériques

Cisaillement (géologie)

Roches -- Déformation

Roches

Grès

Mots clés libres

Grès

Roche

Localisation de la déformation

Bande de cisaillement

Rupture

Corrélation d’image numérique

Théorie de la bifurcation

Déformation plane

Appareil triaxial vrai

Sandstone

Rock

Strain localization

Shear band

Failure

Digital image correlation

Bifurcation theory

Plane strain

True triaxial apparatus

Résumé

Ce travail présente une caractérisation expérimentale du comportement mécanique et de la rupture par localisation de la déformation dans un grès des Vosges. L'évolution temporelle de la localisation a été caractérisée par des mesures de champs. Une nouvelle cellule triaxiale vraie a été développée au Laboratoire 3SR (Grenoble), qui permet une visualisation des échantillons sous chargement pour réaliser de la corrélation d'image numérique (CIN). Les essais ont été réalisés par compression en déformation plane (confinement de 20 à 50 MPa). La transition d'une déformation diffuse à localisée a été finement étudiée. Une analyse comparative a été ensuite effectuée entre les mesures de champs et la microstructure à l'échelle des grains observée par microscope (MEB). Enfin, une étude théorique basée sur une analyse en bifurcation a été menée pour comparer observations des bandes de cisaillement et prédiction sur la localisation de la déformation.

This work aims an experimental characterization of the mechanical behaviour and failure by strain localization on a Vosges sandstone. The time evolution of strain localization has been characterized by full-field measurements. A new true-triaxial apparatus has been developed at Laboratoire 3SR (Grenoble), which enables the observation of the specimens during mechanical loading for application of digital image correlation (DIC). Tests have been performed in plane strain compression (confining pressure from 20 to 50 MPa). The transition from diffuse to localised deformation regimes has been extensively studied. Then, a comparative analysis has been done between the strain fields (DIC) and microscope (SEM) observations to determine how closely the DIC fields are related to deformation mechanisms detected at the grain scale. Finally, a theoretical bifurcation analysis is presented to compare the experimental observations of shear bands with strain localization prediction.