CE01 - Terre fluide et solide

Métamorphoses et propriétés de la neige à partir d’images 3D : expérimentation et simulation micro-échelle pour une meilleure compréhension des mécanismes impliqués – MiMESis-3D

Résumé de soumission

Comprendre et prédire les évolutions du manteau neigeux représente un enjeu crucial pour de nombreuses applications allant de la modélisation du climat à la prédiction du risque d’avalanche, la viabilité des routes, ou la gestion des ressources en eau. La neige, une fois déposée, est un matériau poreux complexe qui se transforme en permanence au cours du temps. Les évolutions induites par ce métamorphisme impactent fortement les propriétés physiques et mécaniques du manteau neigeux. Les modèles macro-échelle actuels prennent en compte la stratification et les évolutions de la neige, mais sont basés sur des paramétrisations scalaires et largement empiriques qui ne décrivent qu’imparfaitement la complexité de la microstructure du materiau. Récemment, des approches d’homogénéisation préliminaires ont permis, sur la base d’images 3D d’échantillons de neige obtenues par tomographie X, de relier les échelles les échelles micro et macro de façon prometteuse. Toutefois, ces approches restent essentiellement « statiques », en ce qu’elles ne considèrent que la microstructure observée à l’instant t. Le défi est maintenant d’inclure une composante dynamique à ces approches, afin de prendre en compte le métamorphisme du manteau neigeux.

L’objectif général de ce projet consistera à améliorer la connaissance et la modélisation du matériau neige à micro-échelle afin de guider, à moyen-terme, le développement d’une nouvelle génération de modèles de manteau qui prennent mieux en compte les évolutions de la microstructure induites par le métamorphisme. A travers des comparaisons systématiques entre des modélisations numériques 3D et des expérimentations micro-échelle, l’ambition est d’arriver à mieux décrire les propriétés physiques et mécaniques de la neige à macro-échelle. Nous proposons d’étudier l’évolution de la microstructure à travers (1) des modèles de métamorphisme 3D et (2) des images acquises par microtomographie X lors d’expériences finement contrôlées. En détail, les objectifs techniques et scientifiques sont :
Coupler les effets thermodynamiques et mécaniques afin de mieux modéliser les changements morphologiques durant le métamorphisme d’iso-température.
Développer et tester des modèles de métamorphisme gradient, caractérisé par l’apparition de facettes cristallines.
Suivre le métamorphisme de la neige humide par tomographie X
Développer et appliquer des approches d’homogénéisation permettant de calculer les propriétés de transfert, mécaniques et optiques de la neige.

Afin de traiter ces questions pluridisciplinaires, l’équipe de projet rassemble des scientifiques de provenant de communautés scientifiques diverses (mathématiques appliquées, mécanique, science des matériaux, génie de l’environnement).

Coordinateur du projet

Monsieur Frédéric Flin (Centre national de recherches météorologiques)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CNRM Centre national de recherches météorologiques
3SR Sols, Solides, Structures, Risques
ETNA EROSION TORRENTIELLE, NEIGE ET AVALANCHES
IGE Institut des Géosciences de l'Environnement
ICJ Institut Camille Jordan

Aide de l'ANR 671 693 euros
Début et durée du projet scientifique : mars 2020 - 48 Mois

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