Modélisation des problèmes géotechniques hydromécaniques par la méthode du point matériel

Cette thèse porte sur l’adaptation de la méthode du point matériel à l’analyse de problèmes géotechniques incluant le comportement hydromécanique des matériaux en condition saturée. La méthode du point matériel ou MPM (Sulsky et al. 1994, Sulsky et al. 1996) combine les avantages de la méthode des éléments finis et des méthodes particulaires. On pourrait la décrire comme une extension de la méthode des éléments finis dans laquelle un maillage est utilisé pour résoudre les équations gouvernantes, tandis que le continuum ou le matériau est représenté par des « points matériels » ou des « particules » langrangiennes de masse fixe. Dans le MPM, les informations portées par les particules : quantité de mouvement, contrainte, déformation, etc. sont « projetées » sur le maillage pour chaque étape de la solution. Il couvre l’ensemble du domaine du problème et les conditions aux limites lui sont imposées. Après avoir résolu les formes discrètes des équations de gouvernance sur le maillage, la position des particules et les informations qu’elles transportent sont mises à jour. Ainsi, à la fin de chaque étape, le maillage peut être éliminé car toutes les informations sont portées par les particules. En même temps, l’enchevêtrement des mailles pour les grands déplacements et les problèmes de convection sont évités. La méthode est particulièrement adaptée aux problèmes dynamiques avec de grands déplacements et des déformations finies et intègre naturellement un algorithme de contact sans glissement qui facilite son utilisation dans les problèmes d’interaction solide-solide.
L’analyse des problèmes géotechniques hydromécaniques à l’aide du MPM nécessite le développement d’algorithmes pour résoudre le couplage entre le squelette du sol et les phases d’eau et/ou d’air et la régularisation du problème de localisation des déformations pour éviter que les solutions dépendent pathologiquement du maillage, qui dans le cas du MPM est un maillage  » support « . Dans ce travail, un algorithme explicite a été développé, dans le cadre de la méthode du point matériel, qui résout le problème couplé pression de pore-déplacement. De plus, une procédure numérique pour l’introduction de fortes discontinuités dans le maillage
support a été adaptée au MPM (Wells et al. 2001, Wells et al. 2002). Il a été suivi par le développement du code Geopart (Zabala et al, 2004) qui utilise une version explicite du MPM avec un algorithme à objectif incrémental pour les déformations finies comprenant : la construction, l’analyse couplée pression-déplacement en contraintes effectives et des modèles constitutifs simples.

En général, l’effondrement des barrages en matériaux meubles est inadmissible. Les barrages utilisés pour stocker l’eau sont souvent situés en amont des grandes villes, dans des zones où le risque sismique peut être très élevé. D’autre part, le plus grand pourcentage des effondrements survenus dans le monde sont des barrages de résidus miniers. En particulier, l’effondrement du barrage de résidus d’Aznalcóllar (Alonso et al. 2006, Alonso et al. 2006, Gens et al. 2006), qui est pris dans cette thèse comme étude de cas, a causé un dommage environnemental très important. Il s’agit d’un cas très intéressant en raison de ses caractéristiques de rupture progressive, qui a été générée par la construction prolongée du barrage sur de nombreuses années et l’existence d’une argile fragile de très faible perméabilité dans sa fondation. La simulation et l’explication du mécanisme d’effondrement observé à Aznalcollar n’est pas triviale. Il a été modélisé la construction du barrage et le processus de sa défaillance progressive jusqu’à l’effondrement.
En outre, il a été étudié le comportement dynamique avec de grandes déformations d’un barrage en gravier avec écran en béton situé dans une zone où la menace sismique est très élevée.

La simulation a été réalisée dans une zone à risque sismique très élevé.

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