Μοdélisatiοn numérique des glissements de terrain : de l’initiatiοn à la transitiοn sοlide-fluide des géοmatériaux. : applicatiοn aux falaises des Vaches Νοires (Νοrmandie, France)

Numerical modeling of landslides : from initiation to solid-fluid transition of geomaterials : application to the Vaches Noires cliffs (Normandy, France)

• Auteur / Autrice : Mohamed Amine Walid Kouah
• Direction : Olivier Maquaire
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géographie
• Date : Soutenance le 07/05/2024
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Homme, sociétés, risques, territoire (Rouen)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Identité et Différenciation des Espaces de l'Environnement et des Sociétés
• Partenaire(s) de recherche : Établissement co-accrédité : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Gilles Grandjean
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Jaboyedoff, Muriel Gasc-Barbier, Yannick Thiery, François Nicot, Sara Lafuerza
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Michel Jaboyedoff, Muriel Gasc-Barbier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vaches Noires, Falaises des (France)

Modèles en géologie

Mécanique des sols

Élastoviscoplasticité

Rhéologie

Coulées boueuses

Glissements de terrain

Mots clés libres

Rupture

Comportement élasto-Visco-Plastique

Transition

Modélisation hydromécanique

Normandie

Landslide

Mudflow

Rupture

Elasto-Visco-Plastic behavior

Transition

Hydromechanical modeling

Normandy

Résumé

En Normandie, les falaises des Vaches Noires constituent un secteur original à la morphologie de badlands, affecté par des processus hydrogravitaires (glissements de terrain, coulées de boue, …) emboités dans l’espace et dans le temps. Dans la phase d’initiation, les géomatériaux sont décrits par des lois de comportement élasto- plastique dans le cadre de la mécanique des sols. Toutefois, lorsque ces matériaux perdent leurs propriétés solides après cette initiation et se transforment en un fluide, leur comportement est décrit par la rhéologie des fluides. C'est le cas des coulées de boue argileuses où le comportement initial élasto-plastique des géomatériaux remaniés évolue vers un comportement visqueux sous certaines conditions spécifiques. Ce travail de recherche s’appuyant sur une approche pluridisciplinaire couplant géotechnique et géomorphologie vise à comprendre les comportements hydromécaniques de ces glissements de terrain et de ces coulées de boue dans leur phase d’initiation, à travers une modélisation numérique réalisée avec le logiciel FLAC qui repose sur une approche lagrangienne, utilisant la méthode des différences finies explicites. Par la suite, notre travail se concentre sur la modélisation de la transition solide-fluide du comportement des géomatériaux. Peu de modèles sont capables de prendre en compte à la fois les comportements solide et fluide, ainsi que la transition entre les deux. Nous avons proposé une loi de comportement élasto-viscoplastique, combinant une loi élasto-plastique (Cam-Clay Modifiée) et une loi viscoplastique (Herschel-Bulkley), et intégrant le critère du travail de second ordre locale pour suivre la transition entre les deux comportements. Ce modèle a été implémenté dans le logiciel FLAC. À travers une application concrète, il a été possible de démontrer la faisabilité de ce couplage dans la prise en compte des différents états de ces géomatériaux.

In Normandy, the Vaches Noires cliffs present a unique badlands morphology, impacted by hydro-gravitational processes (landslides, mudflows, etc.) which are interrelated in space and time. During the initiation phase, the geomaterials are described by elasto-plastic behavior laws within the framework of soil mechanics. However, once these materials lose their solid properties post-initiation and transform into a fluid state, their behavior is characterized by fluid rheology. This is particularly evident in clayey mudflows where the initial elasto-plastic behavior of the reworked geomaterials transitions towards a viscous behavior under specific conditions. This research work, based on a multidisciplinary approach combining geotechnics and geomorphology, aims to understand the hydromechanical behaviors of these landslides and mudflows in their initiation phase. This is achieved through numerical modeling using the FLAC software, which employs a Lagrangian approach with the explicit finite difference method. Subsequently, our work focuses on modeling the solid-fluid transition of geomaterial behavior. Few models are able to take into account for both solid and fluid behaviors, as well as the transition between the two. We proposed an elasto-viscoplastic behavior law, combining an elasto-plastic law (Modified Cam-Clay) and a viscoplastic law (Herschel-Bulkley), and integrating the criterion of the local second- order work to monitor the transition between the two behaviors. This model was implemented in the FLAC software. Through a specific application, it was possible to demonstrate the feasibility of this coupling in accounting for the different states of these geomaterials.