Thèse Approche Mésoscopique pour la Modélisation du Comportement des Géomatériaux Hétérogènes Application à la Fragmentation des Roches Sous Sollicitations Rapides de Type Mécanique Thermique et É H/F - Mines Paris-PSL

Établissement : Mines Paris-PSL
École doctorale : Géosciences, Ressources Naturelles et Environnement
Laboratoire de recherche : Centre de Géosciences
Direction de la thèse : Ahmed ROUABHI
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-28T23:59:59

L'objectif de cette thèse est de développer une approche mésoscopique dans laquelle chaque
grain est modélisé avec ses caractéristiques propres, afin de reproduire le comportement
global observé sur des éprouvettes de laboratoire. Le travail vise à établir la cohérence entre la
réponse mesurée à l'échelle macroscopique et les réactions locales de chaque constituant,
en tenant compte de leur distribution en nombre, en taille et en position. Le granite, composé
de trois minéraux présentant chacun un fuseau granulométrique spécifique, constituera le
matériau de référence pour cette modélisation.
Les résultats de ce travail pourront être utilisés par d'autres scientifiques du Centre travaillant
à l'échelle des grains des géomatériaux.
Ce travail de modélisation va pouvoir bénéficier de nombreux résultats expérimentaux obtenus dans
le cadre de projets de recherches appliqués au broyage des minerais, au broyage des bétons de
démolition, au forage électrique dans des granites. La validation de la partie mécanique du modèle
sera également possible à partir des résultats mécaniques sur matériaux hétérogènes obtenus dans
notre halle d'essais depuis des années.
Un modèle numérique sera donc développé pour prédire le claquage électrique des matériaux, sa
rupture mécanique. Les résultats, confrontés aux données expérimentales, permettront de définir
des critères d'optimisation énergétique pour l'électro-fragmentation.

Les défis actuels de la géomécanique nécessitent d'étudier les géomatériaux à des échelles
proches de celles de leurs hétérogénéités naturelles. Les approches classiques à matériau
homogène équivalent, basées sur des propriétés mesurées sur des volumes élémentaires
centimétriques, ne permettent plus de décrire correctement les phénomènes rencontrés dans
plusieurs applications développées au sein de l'équipe GI2S, telles que la géothermie, le
forage percussif, le forage électrique ou encore la fragmentation des roches. Les travaux
récents sur les granites montrent l'importance d'intégrer explicitement la structure granulaire
pour comprendre leur comportement mécanique, tant en quasi-statique qu'en dynamique
(Dumoulin, 2024).
L'installation d'un nouvel équipement de microscopie et d'analyse d'images au Centre de
Géosciences permet désormais de caractériser finement la mésostructure des géomatériaux :
segmentation des phases minérales, distributions granulométriques, quantification des
hétérogénéités. Ces outils renforcent les approches multi-échelles existantes en introduisant
la méso-échelle comme niveau intermédiaire essentiel pour relier microstructure et réponse
macroscopique. Cette échelle est particulièrement pertinente lorsque les processus étudiés -
fragmentation, coupe, forage - se déroulent à des dimensions comparables à celle des grains.
Dans ce cadre général, plusieurs techniques innovantes exploitent la faiblesse des roches aux
joints de grains ou en traction. Parmi elles, l'électro-fragmentation par impulsions haute
tension représente une application prometteuse, combinant effets électrodynamiques et
électrohydrauliques. Bien que ses atouts en termes de sélectivité et de libération des phases
soient démontrés (Touzé, 2017 ; Bru, 2018), de nombreuses questions demeurent ouvertes
concernant les mécanismes physiques mis en jeu et l'optimisation énergétique du procédé,
(Dakik, 2023 ; Thenevin, 2023).
La thèse proposée s'intègre dans l'axe méso-échelle de l'équipe GI2S et s'appuie sur une
continuité de travaux doctoraux. Elle prolonge les recherches de Mejda Azabou (2021) sur le
comportement thermomécanique des roches salines, ainsi que celles de Houssam Aldine
Aldannawy (2022) consacrées au comportement des roches sous sollicitations dynamiques.
Elle s'inscrit également dans la suite logique de la thèse de Marwa Dakik (2025) dédiée à
l'électro-fragmentation. Ensemble, ces travaux structurent un cadre cohérent pour
développer des modèles mésoscopiques intégrant explicitement les grains, leurs interactions
et leurs propriétés individuelles.

Ingénieur Généraliste ou équivalent, une connaissance des méthodes numériques de maillage et de calcul des structures est exigée, ainsi que la maîtrise d'un langage de programmation (Fortran, Python...).