Academic literature on the topic 'Endommagement de faille'

La modélisation numérique de la propagation des failles décrochantes est essentielle à notre compréhension du comportement mécanique long terme de la lithosphère. Dans un premier temps, nous avons cherché à reproduire la déformation intersismique autour d'une faille préexistante. Cette modélisation du chargement intersismique a permis de déterminer quelle rhéologie et quel type de chargement, justifiables mécaniquement et géologiquement, étaient nécessaires à l'obtention d'une déformation de surface cohérente avec les mesures géodésiques. Pour un déplacement latéral tel qu'imposé par le mouvement long terme des plaques, il faut imposer une hétérogénéité structurelle à l'aide d'une zone de faible viscosité sous la partie bloquée de la faille. Dans un second temps, nous avons étudié la propagation d'une faille à l'aide de la mécanique de l'endommagement. Cette approche permet de prédire l'évolution de l'endommagement sans prédéterminer le chemin de propagation, et de faire le lien avec la théorie de Griffith. Nous avons amélioré cette approche en introduisant une contrainte tangentielle résiduelle sur la faille qui s'apparente à l'introduction de friction sur les plans de faille, et en permettant l'utilisation, pour la première fois en mécanique de l'endommagement, de méthodes de résolutions mixtes. Ces développements ont permis de décrire dans des cas simples l'évolution d'une faille, ouvrant ainsi la voie à l'utilisation de nouveaux types de modèles de croissance et de propagation des failles
Numerical modelling of strike-slip faults propagation is essential to understand the long-term mechanical behavior of the lithosphere. Firstly, we aim to reproduce the interseismic deformation of a preexisting fault. The modelling of this interseismic regime enables us to determine what rheology and loading, both mechanically and geologically justifiable, are required to obtain a surface deformation that matches the geodetic measurements. When the lateral displacement is due to the long-term plates motion, a structural heterogeneity has to be imposed by the mean of a weak viscous zone beneath the locked fault. Secondly, we study fault propagation by using damage mechanics. This approach allows the prediction of damage evolution, without previously knowing the propagation path, and makes the link with the Griffith's theory. We improve this approach with the introduction of a residual tangential stress on the fault that is similar to fault planes friction, and we use mixed resolution methods, which represents a novelty in damage mechanics. These developments make possible the description of fault evolution for simple cases, and open the way towards the use of new growth and propagation fault models

On modelise une source sismique par un glissement se produisant sur un plan de faille. On montre l'influence des proprietes mecaniques des materiaux et l'on etudie l'endommagement qui se repentit de facon asymetrique par rapport au plan de faille. La distribution du tenseur du moment sismique montre l'importance des composantes mxx et myy dans les zones les plus eloignees du plan de faille, correspondant a un mode d'ouverture

L’étude des failles affectant la croûte supérieure suscite un intérêt particulier pour la modélisation de leur impact sur l’écoulement des fluides et le comportement mécanique de la croûte terrestre. Les zones d’endommagements de failles sont d’importantes structures aux multiples implications pour les problématiques de gestions des ressources et de risque/aléa sismiques. Cette thèse a pour objectif de déterminer la distribution de l’endommagement autour des failles, comprendre sa croissance et étudier son impact sur la loi d’échelle Déplacement – Epaisseur d’endommagement (D-T). Pour répondre à cette problématique, deux approches complémentaires sont développées : des études tectoniques d’exemples naturels et des modélisations analogiques de failles normales. Ce manuscrit présente de nouvelles cartographies de l’endommagement, une première loi D-T pour les failles dans des roches carbonatées, ainsi que les premières expériences de modélisation analogique dédiées à l’étude de l’endommagement. Les résultats montrent que la distribution de l’endommagement autour des failles est hétérogène et asymétrique, principalement influencée par les nombreuses interactions de failles lors de leur croissance (segmentation, failles conjuguées). Une loi D-T spécifique à l’endommagement de type wall damage est établie, qui montre une corrélation normale entre D et T pour les failles de rejet inférieur à 100 m et confirme l’existence d’un seuil d’épaisseur d’endommagement au-delà de 100 m de rejet. Pour expliquer cette loi nous proposons un modèle de croissance de zone d’endommagement contrôlée par les processus d’interaction et de coalescence de la segmentation précoce. Les expériences de modélisations analogiques ont permis de décrire deux nouveaux types d’endommagement (graben damage et dip-change link damage), et d’identifier une transition de mode de déformation, depuis un cisaillement dilatant segmenté vers un cisaillement compactant localisé dans les zones de failles. Elles démontrent également que l’initiation de la segmentation, la sélection de l’activité des segments, leurs interactions et leurs coalescences sont des processus essentiels contrôlant le développement des zones d’endommagement et la loi D-T. Nous proposons que l’épaisseur de l’unité fragile contenant les failles est un paramètre principal du contrôle de l’évolution de la segmentation, de la localisation de la déformation et donc du seuil d’épaisseur d’endommagement observé
The study of faults in the upper crust generates interest in modeling their impact on fluid flow and the mechanical behavior of the earth's crust. Fault damage zones are important structures with multiple implications for resource management and earthquake studies. This thesis aims to characterize the distribution and growth of damage around faults and to study its impact on the Displacement - Damage thickness (D-T) scaling law. Two complementary approaches of field measurements and analog modeling of normal faults are developed to answer this question. This manuscript presents new results of fault damage mapping, D-T scaling in carbonate rocks, and the first analog modeling experiments of fault damage zones. The results show a heterogeneous and asymmetric distribution of damage around faults, mainly influenced by fault interactions during their growth (segmentation, conjugate faults). A D-T law specific to wall damage is established and shows a normal correlation between D and T for less than 100 m of fault displacement, and also confirms the existence of a damage thickness threshold after 100 m of displacement. To explain this law, we propose a damage zone growth model controlled by the interaction and coalescence of fault segments. Analog modeling experiments allowed the description of two new types of damage (graben damage and dip-change link damage), and show a failure mode transition during fault growth, from a segmented dilatational-shear mode to a localized compactional-shear mode. They also demonstrate that initiation of segmentation, segment activity selection, interaction and coalescence processes control the development of fault damage zones and the D-T law. We propose that the thickness of the faulted brittle layer is a main controlling parameter of segmentation, strain localization, and the fault damage thickness threshold observed

Durant un tremblement de terre, la rupture grandit et se propage sur la faille. Lorsqu'elle s'arrête, le séisme atteint sa taille finale. Comprendre ce qui, dans la nature, détermine la capacité à se propager ou à s'arrêter de la rupture est fondamental en sismologie, puisqu'il existe des séismes de toutes les tailles, mais que seuls les plus grands sont dévastateurs. Dans cette thèse, nous étudions l'impact de différentes façons d'arrêter ou de perturber la propagation de la rupture, à travers des études numériques dynamiques.

Tout d'abord, nous avons inclus une limite à l'élasticité du milieu entourant la faille, afin de simuler la propagation de la rupture dans un milieu fracturé, qui dissipe une partie de l'énergie libérée. Nous avons, pour la première fois, inclus et étudié l'impact de cette dissipation dans un modèle de rupture 3D. La rupture, dans ces conditions, est beaucoup plus sensible aux barrières, et s'arrête plus facilement. La cinématique de la rupture est remarquablement modifiée (vitesse de propagation plus lente, vitesse de dislocation maximale limitée). Les mouvements engendrés en surface sont atténués. La plasticité est, de fait, un phénomène crucial à prendre en compte dans la modélisation de la rupture sismique.

Dans une deuxième partie, nous avons étudié l'impact d'une hétérogénéité spatiale de résistance à la rupture sur la faille. L'introduction de l'hétérogénéité permet d'obtenir des profils de glissement dont la forme se rapproche des formes observées dans les cas naturels. La propagation et l'arrêt de la rupture perdent leur caractère prédictible lorsque ce sont de petites barrières qui arrêtent la rupture progressivement. On peut obtenir une grande variété de tailles d'événements pour une même statistique de taille des barrières. L'obtention d'une loi puissance de type Gutemberg-Richter sur toute la gamme des tailles d'événements est conditionnée par l'augmentation progressive de l'énergie de fracturation avec la taille de la rupture, d'une façon similaire à ce qui est obtenu en considérant un comportement plastique du milieu.

Enfin, l'étude des relations glissement final - taille de l'aspérité rompue, dans des modèles lisses de type aspérité/barrière, a montré que la dynamique contrôlait une partie de la loi d'échelle du glissement maximum, et que la segmentation des failles modifie sensiblement la loi d'échelle.

L’objectif de ce travail de recherche est de déterminer l’influence de la présence de particules thermoplastiques dans une intercouche sur le comportement mécanique d’un stratifié. L’ajout de cette intercouche entre chaque pli permet d’accroître la ténacité inter-pli, diminuant ainsi le délaminage, principalement lors de chargements hors-plan. Cette thèse se concentre sur les endommagements qui apparaissent suite à des sollicitations dans le plan du stratifié et plus particulièrement la fissuration transverse et le micro-délaminage. En s’appuyant sur des essais mécaniques appropriés, à la fois à l’échelle des particules (essais Compact Tension) et de la structure (essais double entaille), l’interaction entre ces deux endommagements et les particules est mise en évidence. Une analyse numérique locale a été réalisée sur un Volume Elémentaire Représentatif en se basant sur la mécanique de la rupture. Elle a permis d’étudier la sensibilité aux divers paramètres de l’intercouche tels que son épaisseur, sa raideur vis-à-vis de celle de la partie fibreuse du pli et la répartition de ses particules. Les résultats de cette analyse ainsi que l’outil numérique créé pour la réaliser fournissent une aide à la conception des matériaux composite stratifiés. La suite du travail a permis de montrer, après une étape d’identification des paramètres suivie d’une étape de vérification, l’aptitude du méso-modèle issu du laboratoire LMT de l’ENS à prédire le comportement mécanique de plusieurs essais avec des sollicitations dans le plan du stratifié mais également hors-plan. La comparaison systématique des résultats numériques et expérimentaux montre la capacité de ce modèle à prédire le comportement des endommagements des stratifiés avec intercouches
The aim of this research work is to determine the influence of thermoplastic particles which are inside the interleaf of a laminate on its mechanical behavior. This interleaf between each ply enables the interply toughness to increase and prevents from delamination, especially for out-of-plane loadings. This PhD focuses on damages occurring during in-plane-loading, such as transverse crack and micro-delamination. Appropriate experimental tests have been performed, both at the scale of the particles (Compact Tension) and at the scale of the structure (double notch) in order to describe the interaction between the particles and these two damages. A local numerical study based on fracture mechanics has been performed on a Representative Volume Element. The influence of several parameters of the interleaf, such as its thickness, its stiffness compared to the one the ply and the repartition of the particles was determined. The results of this study constitute a new route towards a material by design of interleaved laminates approach. At the coupon structural scale, the parameters for the simulation using the damage meso model of the laboratory LMT of ENS have been accurately identified. Several experiments for both in-plane and out-of-plane loadings have been simulated using the meso model in order to verify the required model parameters. All experimental results have been compared to the numerical ones, showing that this model is able to describe the damage behavior of interleaved laminates

La thèse a pour thème la modélisation numérique et la prédiction de l'endommagement (l'usure ou la fissuration) du au contact avec frottement avec petits débattements (fretin). Elle comporte deux parties. Dans la première partie, une nouvelle méthode de calcul éléments finis est développée pour les chargements cycliques. Contrairement aux algorithmes classiques incrémentaux, cette méthode est basée sur un algorithme original qui permet d'obtenir directement l'état stabilise mécanique éventuel. La méthode est itérative et consiste à chercher sur tout le cycle de chargement, en un premier temps des solutions statiquement et cinématiquement admissibles, et puis après des solutions plastiquement admissibles. À la fin de chaque itération, la condition de périodicité est imposée. Et ainsi, lorsque l'algorithme converge, on obtient des champs de contraintes et de déformations périodiques et vérifiant l'équilibre et la loi de comportement sur tout le cycle. La comparaison des temps de calculs par rapport à la méthode incrémentale a démontré la performance de cette méthode. Dans la deuxième partie, cette méthode est mise en œuvre dans le cas du chargement cyclique mobile de fretin. Ainsi des cartes d'adaptation et d'accommodation sont établies en fonction de divers paramètres. Les résultats de prédiction de l'initiation des fissures de fatigue faite par l'application du critère multiaxial de Dang van sont en très bon accord avec les résultats expérimentaux. L’usure est obtenue pour une réponse mécanique de type accommodation et elle donc est le résultat d'un mécanisme de fatigue oligocyclique.

Chaque année en France, on dénombre environ 2000 cas de lésions de la région abdominale lors d'accidents de la route. Ces lésions sont très souvent sévères, mortelles dans 20% des cas, et nécessitent un traitement médical délicat, long et coûteux car il fait appel à la chirurgie dans un cas sur deux. Parmi ces lésions, celles du foie font partie des plus fréquentes mais aussi des plus graves à cause de leur risque hémorragique et sceptique élevé. Une voie d'amélioration de leur prévention passe alors par la conception de systèmes de protection plus efficaces basée sur une connaissance détaillée du comportement de ces structures et des mécanismes lésionnels mis en jeu lors d'un choc. L'objectif de ce travail a donc été de construire un outil numérique de prédiction des lésions hépatiques en situation d'impact. Pour cela, nous avons tout d'abord réalisé une étude expérimentale de compression uniaxiale de foies humains à différentes vitesses pour observer le comportement visco-hyperélastique du foie et comprendre ses modes de rupture tant à l'échelle globale qu'à l'échelle cellulaire. Ensuite, nous avons fixé un cadre théorique adapté à la fois au comportement observé et à la description de l'endommagement et de la rupture. Enfin, nous avons construit un modèle éléments finis intégrant une description fine des sous-structures du foie (parenchyme, capsule et arbres vasculaires), les comportements théoriques déduits de la phase expérimentale, la rupture des différents tissus et la présence de fluide dans les structures vasculaires
Every year in France, about 2000 cases of abdominal injuries are due to car crashes. These injuries are often severe and 20% of them are lethal. They require long and expensive treatments because half of cases needs surgery. Among abdominal organs, liver is one of the most frequently and severely injured: haemorrhage and infectious risks are real. To improve hepatic injuries prevention, the definition of efficient safety devices should be based on a comprehensive knowledge of these structures behaviour and liver injury mechanisms. Thus the aim of this thesis was to build a predictive tool for hepatic injuries in crash situation. To achieve this point, we performed experimental uniaxial compressions of human livers with various loading speeds. We then observed the visco-hyperelastic behaviour of the liver and its failure modes at the global scale and also at the cells scale. After that, we chose a theoretical framework which was adapted both to the observed behaviour and to the damage and rupture description. We finally built a finite element model which integrate a precise description of liver structures (parenchyma, capsule and vascular trees), the theoretical behaviours deduced from the experimental phase, the failure of the different tissues and the fluid action within the vascular structures. After the model calibration and validation with experimental observations, this FEM makes up the wanted predictive tool for hepatic injuries. This tool can be used both with slow and rapid loading speeds

Dans le cadre des etudes de faisabilite du stockage des dechets radioactifs en couches geologiques profondes, l'etude de l'evolution de la permeabilite de la couche hote en fonction de l'endommagement est primordiale. Ce travail a consiste d'une part, a etudie experimentalement l'endommagement de deux roches argileuses (marne de beaucaire et argilite de l'est) a l'aide des techniques de micro tomographie a rayons x, et d'autre part, a developper une installation trixiale haute pression adaptee aux mesures de permeabilite sur des roches de tres faibles permeabilites. Des installations triaxiales originales ont ete realisees afin de caracteriser sous chargement deviatoire l'endommagement des roches argileuses a l'aide de la micro tomographie a rayons x sur une ligne synchrotron a l'esrf (grenoble). L'endommagement localise et son evolution en cours d'essai, ont ainsi pu etre caracterises a une echelle fine (de l'ordre de la dizaine de microns). Les techniques de correlation d'images numeriques etendues aux images tridimensionnellles ont ete utilisees pour mesurer les champs incrementaux de deformation et ont montre leur interet dans l'etude de l'endommagement localise dans les geomateriaux et notamment de son evolution. Enfin, une installation triaxiale haute pression a ete realisee pour mesurer l'evolution de la permeabilite de l'argilite de l'est en fonction du niveau de contraintes (isotrope et deviatoire) appliquees. Sa particularite est la petite taille des echantillons (cylindres de 10mm de diametre et 20mm de hauteur) afin de reduire les temps d'essais
WITHIN THE FRAMEWORK OF FEASABILITY STUDIES OF UNDERGROUND REPOSITORIES FOR RADIOACTIVE WASTE, THE STUDY OF PERMEABILITY EVOLUTION WITH DAMAGE OF THE HOST LAYER IS CRUCIAL. THE GOALS OF THIS WORK WERE : (i) TO CHARACTERIZE EXPERIMENTALLY THE DAMAGE OF TWO CLAYEY ROCKS (BEAUCAIRE MARL AND EAST SHALE) WITH X-RAY MICRO TOMOGRAPHY, (ii) TO DEVELOPP A HIGH PRESSURE TRIAXIAL SET-UP ADAPTED TO PERMEABILITY MEASUREMENT ON VERY LOW PERMEABILITY ROCKS. A NUMBER OF ORIGINAL TRIAXIAL DEVICES HAVE BEEN REALISED TO CHARACTERIZE DAMAGE OF CLAYEY ROCKS, UNDER DEVIATORIC LOADING, WITH X-RAY MICRO TOMOGRAPHY ON A SYNCHROTRON BEAMLINE AT THE ESRF (GRENOBLE). LOCALIZED DAMAGE AND ITS EVOLUTION HAVE BEEN CHARACTERIZED AT A FINE SCALE (OF ORDER OF TEN MICRONS). DIGITAL IMAGE CORRELATION TECHNIQUES, EXTENDED TO 3D IMAGES, HAVE BEEN USED TO MEASURE INCREMENTAL STRAIN FIELDS FROM TOMOGRAPHIC IMAGES. WE DEMONSTRATED THAT THESE TECHNIQUES ARE VERY USEFUL IN THE STUDY OF THE LOCALIZED DAMAGE OF GEOMATERIALS AND ESPECIALLY FOR THE INITIATION. A HIGH PRESSURE TRIAXIAL DEVICE HAS BEEN REALISED TO MEASURE PERMEABILITY EVOLUTION OF THE EAST SHALE AS A FUNCTION OF APLLIED STRESS (ISOTROPIC AND DEVIATORIC). THE PARTICULARITY OF THIS SET-UP IS THE SMALL SIZE OF THE TEST SPECIMEN (CYLINDER OF 10MM IN DIAMETER AND 20MM IN HEIGHT) WHICH ALLOWS SIGNIFICANT REDUCTION OF TEST DURATION

Essais d'arrachement direct d'une barre, avec etude de l'evolution des premieres degradations de la liaison a partir de l'extremite chargee (parametres en jeu. Modele mecanique de la degradation locale en fonction de la contrainte d'adherence, reliee a la deformation longitudinale de l'armature

Les stratifiés composites sont de plus en plus utilisés dans les pièces de structures des aéronefs ce qui fait émerger de nouvelles problématiques comme celle des Impacts de Faible Energie (IFE). En effet, bien qu’ils possèdent des propriétés rapportées à leur masse très intéressantes ces matériaux peuvent être vulnérables aux petits chocs. Or, compte tenu des nombreux paramètres influents lors d’un tel impact (énergie, vitesse, stratification...), les essais actuellement majoritairement privilégiés à l’échelle industrielle sont long et coûteux. Ainsi, l’apport de la simulation numérique pourrait être d’une grande aide pour les constructeurs. La pratique du « virtual testing », en particulier, permettrait d’aller dans cette direction ce qui aurait pour effet de rationaliser les campagnes d’essais et les coûts financier qui en découlent. Cependant, elle peine à être mise en place ici car le temps CPU nécessaire pour la simulation fine des ndommagements induits par les IFE est trop important avec les méthodes actuelles. Partant de ce constat, ce travail a consisté à tirer avantageusement partie de la localisation spatiale et temporelle des délaminages, fissurations matricielles et ruptures de fibres qui peuvent apparaître pendant l’impact pour diminuer le coût de calcul. Ainsi une méthode multiéchelle en espace et en temps a été mise en place. Elle consiste à découper la structure impactée en deux zones. L’une est située autour du point d’impact, elle contient l’ensemble des non-régularités du problème (contact, loi adoucissante, modèle de zone cohésive). Elle est traitée avec le code de dynamique explicite Europlexus. L’autre correspond à la partie complémentaire. Le problème mécanique y est beaucoup plus régulier et il est traité avec le code de dynamique implicite Zset/Zébulon. Un couplage peu intrusif basé sur la méthode GC est donc réalisé entre ces deux codes. Il permet d’utiliser une modélisation adaptée dans chacune des deux régions ce qui permet en particulier d’utiliser des pas de temps différents. Un rapport supérieur à 1000 peut ainsi être obtenu entre celui du code explicite fixé par la condition de stabilité et celui utilisé dans la partie complémentaire. Un gain de temps CPU significatif confirmé par la simulation d’un impact réalisé sur un panneau composite raidi est ainsi obtenu. Il est également montré que la répartition implicite/explicite peut évoluer au cours du calcul. Pour cela un mécanisme de bascule a été mis en place. Il permet ainsi de faire transiter la résolution d’une partie de la structure initialement traitée dans le code Zebulon dans Europlexus. Un gain de temps supplémentaire est alors obtenu grâce à cette méthode sur le même cas d’application
The composite laminates are increasingly used in aircraft structural parts which lead to new issues such as the Low Energy Impacts (LEI). Indeed, although they have well mechanical properties relative to their mass, small shocks may be very harmfull for laminates. Controlling such situations is essential for manufacturers that why lot of testing campaigns are currently performed. Yet, they are time consuming and expensive considering the many influential parameters (energy, speed, layup...). Numerical simulations of this phenomenon by practicing the so called “virtual testing” process could be really helpfull to rationalize testing campaigns in order to save money. Yet, this practice remain currently hard to do at the industrial scale due to the excessive CPU time required for fine simulation of damages induced by the LEI. Based on this observation, this work has consisted in taking advantage of the spatial and temporal location of delamination, matrix cracking and fiber breakage that can occur during impact in order to reduce the computational cost. Thus, a space and time multiscale method has been put in place. The impacted structure is split into two areas. One is located around the impacted point, it contains all the non-regularities of the problem (contact, softening law, cohesive zone model). This domain is treated with the explicit dynamics code Europlexus. The other one corresponds to the complementary part. The mechanical problem is much more regular and it is treated with the implicit dynamics code Zset / Zebulon. A low intrusive coupling based on the GC method is carried out between these two codes. It allows to use an adapted model in both regions different time step are in particular used. A time step ratio upper to 1000 can be reach between the one of the explicit code set by the stability condition and the one used in the complementary part. As a results, significant CPU time is saved. This is confirmed by the simulation of a stiffened composite panel impacted. It is also shown that the implicit / explicit allocation can change over the calculation. To do that, a switch mechanism has been established. It thus makes it possible to transit the resolution of a portion of the structure initially solved in the code Zebulon to Europlexus. As a results, further gain is obtained