GEOMEC : Plateforme Géomécanique (Nantes)

Liste des équipements

La plateforme de géomécanique est équipée de plusieurs machines permettant la caractérisation des géomatériaux ainsi que des matériaux analogiques. Les appareils de cisaillement simple et de cisaillement pur permettent d’étudier le comportement au cisaillement des sols.

Le dispositif expérimental de simulation de séismes permet de reproduire en laboratoire des événements de type sismique à une échelle de quelques dizaines de millimètres. Il comprend un porte-échantillon imprimé en 3D capable d’appliquer un déplacement contrôlé, une éprouvette triangulaire constituée d’un gel à base d’huile de paraffine, ainsi qu’une caméra numérique enregistrant des séquences d’images pendant la propagation dynamique de la rupture. L’interface de l’éprouvette peut être homogène ou hétérogène et permet d’étudier la propagation dynamique de la rupture.

Simulation expérimentale des séismes en laboratoire

Un nombre croissant de séismes est associé aux activités d’injection de fluides dans le sous-sol, notamment celles liées à la production d’énergie géothermique. Des travaux préliminaires (Stefanou JGR, 2019; Gutierrez-Oribio et al., IEEE Trans. Control Syst. Technol., 2023) ont montré que les séismes induits par l’injection de fluides peuvent être atténués grâce à des stratégies de commande permettant de moduler la pression du fluide injecté. Afin d’étudier plus en détail, en laboratoire, les possibilités de contrôle de la sismicité induite, un nouveau dispositif expérimental de simulation de séismes a été développé dans le cadre d’une thèse de doctorat. Ce dispositif est capable de produire des ruptures spontanées et de soutenir la propagation dynamique de ruptures, et il est actuellement utilisé pour étudier le comportement de la propagation dynamique le long d’interfaces homogènes et hétérogènes. À terme, il constituera une plateforme expérimentale permettant de développer et de tester des algorithmes de commande visant à limiter la propagation des ruptures.

Exemples de cartes de vitesse de glissement (panneaux de gauche) et d’évolutions temporelles de la vitesse de glissement locale (panneaux de droite) au cours des 50 premières millisecondes suivant la nucléation de la rupture. Les panneaux supérieurs représentent une rupture se propageant le long d’une interface homogène, tandis que les panneaux inférieurs montrent une rupture interagissant avec une zone de plus forte résistance au cisaillement située en x0

Instabilités hydro-mécaniques dans les géomatériaux dans le cadre du stockage de fluides en sous-sol

Le couplage entre un écoulement biphasique et la réponse mécanique d’un milieu granulaire est étudié à l’échelle du laboratoire afin mettre en évidence les interactions entre le phénomène de digitation se vérifiant dans le cadre de l’écoulement des fluides et les déformations localisées au sein du milieu granulaire. La campagne expérimentale proposée permet de réaliser des écoulements de drainage sous contrainte mécanique.

Alors que de nombreuses études expérimentales se sont intéressées à la morphologie de l’écoulement biphasique au sein d’une cellule de Hele-Shaw ou d’un milieu 3D, la quantification de la déformation du squelette induite par le fluide sur l’ensemble du champ sous contrainte hydromécanique fait encore défaut. L’objectif de la recherche développée dans le cadre du projet ANR STOWENG (underground STOrage of reneWable ENergies in low permeability Geomaterials) a été, d’une part, d’identifier la relation entre l’écoulement gazeux instable observé lors d’un phénomène de drainage et les déformations localisées à l’aide de la corrélation d’images numériques couplée à la détection d’interface et, d’autre part, de mettre en évidence l’influence de la charge mécanique sur le niveau de déformation et les caractéristiques de l’interface.

Cartes de déformation volumétrique pour le doigt droit détecté lors de drainage. Les lignes noires représentent l’interface détectée à l’aide de la méthode champ de phase pour une valeur de d = 0,25

Projet Blast

Simulateur d’explosions à échelle réduite
Explorer la réponse des structures aux explosions présente des défis importants lorsqu’on se fie uniquement aux outils numériques et analytiques. Afin d’améliorer notre compréhension et de valider les modèles existants, il est essentiel de compléter ces outils par des essais expérimentaux. Cependant, la disponibilité d’expériences spécifiquement conçues pour des scénarios d’explosion reste limitée par rapport aux essais réalisés dans d’autres conditions dynamiques, comme les séismes. Cette rareté peut être attribuée aux nombreuses complexités liées à la réalisation d’expériences d’explosion à grande échelle, principalement en raison de la nature de l’action de chargement impliquée.

Néanmoins, les expériences à échelle réduite offrent une approche alternative offrant une plus grande flexibilité. Dans ce contexte, le dispositif en question ouvre de nouvelles opportunités en nous permettant de réaliser des expériences spécifiquement conçues pour étudier le comportement dynamique des structures soumises à des actions explosives. Pour la première fois, ce dispositif nous donne la possibilité d’explorer et de tirer des conclusions précieuses à partir d’expériences à échelle réduite qui simulent fidèlement des scénarios d’explosion.