Étude numérique des mécanismes de déstabilisation des pentes granulaires

Numerical study of the mechanisms of granular slopes destabilization

• Auteur / Autrice : Lydie Hélène Staron
• Direction : Jean-Pierre Vilotte
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géophysique interne
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Paris, Institut de physique du globe

Mots clés

Mots clés libres

Milieux granulaires

Dynamique des contacts

Limite de stabilité

Avalanches

Frottement coulombien

Texture granulaire

Micro-mécanique

Résumé

La destabilisation des pentes naturelles met souvent en jeu des matériaux non consolidés (rochers, sables, terres. . . ) qui constituent une phase solide discrète, granulaire. La façon dont la nature granulaire, par les interactions multiples et dissipatives qu'elle implique, influence d'une part la perte de stabilité d'un sol et d'autre part son écoulement, reste en grande partie à déterminer. Dans cette perspective, la modélisation numérique de milieux granulaires simples est secourable, car elle permet de produire de façon minimale les mécanismes de destabilisation de pentes, en donnant accès à l'ensemble des grandeurs (vitesses, forces. . . ) caractérisant le système multi-contact. Nous modélisons donc par Dynamique des Contacts l'évolution d'un lit granulaire à deux dimensions incliné dans le champ de gravité de manière à en destabiliser la surface libre. Dans un premier temps, la mobilisation du frottement macroscopique est étudiée en relation avec le modèle de plasticité de Mohr-Coulomb. Nous mettons en évidence que la limite de stabilité des lits granulaires intervient avant la limite de plasticité de Coulomb. Une analyse détaillée de la transmission hétérogéne des forces confirme le rôle essentiel de la texture granulaire sur le comportement global des empilements. Dans un second temps, nous nous intéressons aux forces de contact ayant atteint le seuil de frottement de Coulomb, dont la proposition peut être envisagée comme un paramètre d'ordre du système. Nous mettons en évidence l'apparition précoce de zones plastiques ; l'évolution de la taille moyenne de ces zones, divergente à l'approche de la limite de stabilité, suggère que celle-ci résulte d'un processus de percolation. L'analyse des forces et du frottement aux contacts font apparaître une échelle de longueur mésoscopique, de l'ordre de la dizaine de diamètres de grains. Cette échelle semble commander la selection d'une épaisseur coulante lors du déclenchement d'une avalanche de surface. L'ensemble de ces résultats est en faveur d'une description bi-phasique des milieux granulaires