Thèse des Formes de Grains Exotiques aux Structures Méta-Granulaires Intelligentes Étude Expérimentale de la Cohésion Géométrique dans les Matériaux Méta-Granulaires Imprimés en 3D H/F

Doctorat_Gouv

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : I2S - Information, Structures, Systèmes
Laboratoire de recherche : LMGC - Laboratoire de Mécanique et Génie Civil
Direction de la thèse : Emilien AZEMA ORCID 0000000188313842
Début de la thèse : 2026-09-01
Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59

Les matériaux granulaires classiques, tels que les sols ou le béton, tirent leur cohésion des forces adhésives qui lient les grains entre eux, transformant le réseau de contacts en un système de contraintes de traction et de compression. Bien qu'efficace, ce mécanisme repose sur une adhérence irréversible et consommatrice d'énergie. Un nouveau paradigme fascinant a récemment vu le jour : la cohésion géométrique, c'est-à-dire l'émergence spontanée d'une cohésion macroscopique dans des assemblages de grains non convexes - enchevêtrés et imbriqués - sans aucune interaction adhésive. Ces matériaux métagranulaires peuvent former des structures autoportantes et résistantes qui présentent une résistance à la traction, une compliance et une stabilité induite par leur forme. Le projet ANR Exo2GeCo vise à explorer les origines de la cohésion géométrique et à identifier les conditions géométriques et mécaniques fondamentales qui la font naître. Pour y parvenir, le projet combine des simulations numériques et des investigations expérimentales afin d'établir un cadre unifié reliant la géométrie à l'échelle des grains, les réseaux de forces et la résistance macroscopique.

The second PhD, hosted at IMT Mines Alès, will experimentally explore the same physical mechanisms using 3D-printed or molded metagrains and custom-designed shear and compression apparatus. Building on the shapes and configurations identified in PhD 1, the candidate will design and perform experiments aimed at measuring the macroscopic cohesion and friction angle of dense metagranular packings. The PhD will start with a bibliographic and training period focusing on experimental methods, image correlation, and granular physics. The candidate will then design and assemble a versatile testing apparatus-based on Couette or compression geometries-that allows controlled deformation of metagrain assemblies while measuring the resulting stresses. The setup will be compatible with in-situ X-ray tomography, enabling full 3D observation of the internal structure during deformation. In parallel, the candidate will fabricate meta-grains via Selective Laser Sintering (SLS) or molding, testing different geometric configurations derived from the numerical database. Advanced image processing techniques will be developed using GPU-accelerated Digital Volume Correlation (DVC) to extract displacement fields and contact kinematics within the bulk of the samples. The final experimental campaign will aim to measure the same macroscopic quantities (c, ) as in PhD 1 and to validate, by direct comparison, the numerical predictions. This experimental database will thus provide a crucial validation of geometric cohesion mechanisms in real materials. In addition to the experimental work, the candidate will perform a complementary numerical study using simplified DEM simulations (performed in collaboration with PhD1) to compare the measured stress-strain responses with numerical predictions. This cross-validation will help identify the key geometrical and mechanical factors that govern geometric cohesion and provide a stronger connection between the two PhD projects

Expérimentation - impression 3D - tomographie