Soutenance de thèse de Diego Uribe Suarez

9 juillet 2021

Diego Uribe Suarez

"Combinaison d’éléments cohésifs et remaillage pour gérer la propagation arbitraire du chemin de fissure: des matériaux fragiles à l’analyse de fatigue thermique des petits corps du système solaire"

Diego Uribe Suarez a réalisé sa thèse dans l'équipe CSM sous la supervision de Pierre-Olivier Bouchard et Daniel Pino Munoz (CEMEF) et de Marc Delbo, de l'Observatoire de la Côte d'Azur dans le cadre d'un projet de l'Université Côte d'Azur. Diego Uribe Suarez soutient sa thèse en Mécanique Numérique et Matériaux le 9 juillet 2021 devant le jury suivant :

– Yann MONERIE, Professeur, Université Montpellier – rapporteur
– Justin WILKERSON, Maître Assistant, Texas A&M University – rapporteur
– Anna PANDOLFI, Professeur, Politecnico di Milano – examinateur

 

Résumé :

La présente thèse de doctorat a pour objectif d’améliorer la modélisation du phénomène de rupture dans les matériaux fragiles. Elle porte une attention particulière aux mécanismes de rupture des objets célestes. L’un des problèmes posant le plus de défis aux scientifiques spécialisés dans l’étude de la mécanique de la rupture est la propagation d’une fissure dans un maillage éléments finis, et ce pour des chemins arbitraires. Dans cette étude, ce problème est abordé en utilisant une technique de remaillage avancée utilisant des éléments finis cohésifs permettant la propagation de fissures suivant des directions arbitraires et indépendantes du maillage. La direction de la fissure est calculée suivant le critère du taux de restitution d’énergie maximal, implémentée à l’aide d’un modèle éléments finis et de la méthode Gθ. Les effets de différents paramètres numériques et physiques relatifs à la fissure ou à l’énergie libérée lors de la rupture sont investigués.
 
Bien que différentes preuves de fissures et/ou fragments à la surface de corps célestes de notre système solaire induits par des variations cycliques de la température ont été détaillées, la compréhension de ces mécanismes de propagation dans des objets célestes reste très parcellaire. La fracturation thermique de roches en surface associée à l’impact de micro-météorites peut éventuellement conduire à la rupture complète de fragments de matière et à la production de régolithes. Cette dernière est définie comme la couche de matériau non consolidée qui recouvre la surface des planètes. Afin de comprendre ces mécanismes, l’étude s’attarde sur un exemple précis, celui de l’astéroïde (101955) Bennu. Pour ce faire, elle utilise un modèle thermoélastique couplé avec un modèle linéaire élastique de mécanique de la rupture permettant de considérer les variations cycliques de température liées aux alternances jour/nuit. En utilisant cette méthodologie, il a été observé que les fissures se propagent préférentiellement dans les directions : Nord vers Sud, Nord-Est vers Sud-Ouest et Nord-Ouest vers Sud-Est. Finalement, une analyse de fatigue est effectuée afin d’estimer la vitesse de croissance de la fissure.
 
Les méthodes détaillées précédemment ont été implémentées dans Cimlib, une librairie C++ dévelopée au CEMEF. Au sein de cette librairie, une méthode permettant la propagation d’une ou plusieurs fissures, suivant des directions arbitraires, en 2D et au sein d’un environnement de calcul en parallèle est à présent disponible. Concernant l’extension de cette méthode à des problèmes 3D, une première approche a été mise au point. Elle permet de propager un front de fissure suivant une direction arbitaire. La structure développée permet d’ouvrir de nouvelles possibilités pour de nombreuses applications, telles que l’étude de la rupture de matériaux composites à l’échelle mesoscopique.
 

Mots-clés : Propagation de fissure; Direction de croissance de fissure; Modèle à zone cohésive; Éléments cohésifs indépendants du maillage; Insertion dynamique; Techniques de remaillage; Astéroïde Bennu; Modèle thermoélastique; Croissance de fissure induite par la fatigue thermique

 

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