Simulation Numérique des Impacts dans les Milieux Poreux – SNIP

Le projet SNIP (Simulation Numérique des Impacts dans les milieux Poreaux) est proposé par des chercheurs d’AMU (Aix-Marseille Université) et du centre CESTA (Centre d’Etude Scientifiques et Techniques d’Aquitaine) de la Direction des Applications Militaires du Centre à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA-DAM). Ces chercheurs sont des spécialistes en modélisation mathématique et numérique pour la mécanique des fluides et des solides. Le but de l’étude consiste en la compréhension du comportement des matériaux poreux sous impact. Lors de ces impacts, les chocs sont accompagnés de fortes pressions et de hautes températures. De nombreux phénomènes seront à prendre en compte tels la compaction du milieu poreux, la plastification, l’endommagement. Les interactions avec les fluides ambiants ou le fluide contenu dans les pores doivent également être prises en compte. Cette étude est importante en astrophysique (lors de l’impact d’astéroïdes), dans les applications militaires (lors de la perforation de bunkers enterrés, par charge creuse ou obus flèche ou lors de la transition choc-détonation dans les explosifs), dans l’industrie pétrolière (la fracturation de roches) et civiles (pour la sécurité des sites SEVESO).
Pour les solides poreux, on peut distinguer deux approches. D’une part les modèles obtenus par homogénéisation en supposant la matrice élasto-plastique incompressible, où le caractère dynamique de la sollicitation est rarement pris en compte. D’autre part, les modèles développés pour l’amorçage d’explosifs composites sont purement hydrodynamiques ; ils prennent en compte la compressibilité des phases mais les effets de cisaillement dans les solides sont totalement ignorés.
Notre but est le développement d’un modèle mathématique pour les milieux multiphasiques. Cette approche multiphasique a déjà montré sa pertinence lors de la simulation de mélanges de fluides ou d’interfaces fluides-solides, et lors du traitement d’effets physiques multiples (écaillage, transition de phase liquide-vapeur, ondes de détonation, capillarité). Le modèle devra permettre de prendre en compte le caractère compactable et compressible du matériau et du fluide inclus dans les porosités fermées ou ouvertes. Les modèles et les méthodes numériques devront vérifier les résultats d’homogénéisation classiques, les Hugoniots de mélanges et les courbes quasi-statiques de compaction. Ils devront permettre la considération des effets de micro-inertie. Les effets d’endommagement seront également étudiés. Ils seront comparés avec les expériences d’impact disponibles dans la littérature et au CEA DAM. Les expériences effectuées (impact de plaque, essais balistiques) permettront d’établir le domaine de validité des modèles et de déterminer les effets physiques supplémentaires à prendre en compte tels la transition de phases et l’écrouissage. Une étude des effets micro-inertiels sur la structure des ondes de chocs sera également effectuée.