Cinématique d'écoulement dans les milieux poreux – KiWiPoM

Le projet KiWiPoM propose de caractériser l’écoulement au sein de milieux poreux 3D, en s’intéressant à l’impact d’hétérogénéités dans la microstructure sur l’écoulement et ses propriétés de transport. Le programme de recherche s’appuie sur deux approches complémentaires. La première se basant sur les précédents travaux du coordinateur consiste en l’utilisation et le développement de techniques de visualisations directes des écoulements à l’échelle du pore, dans des milieux poreux transparents artificiels à l’aide de techniques de vélocimétrie et d’adaptation de l’indice de réfraction optique. Cette approche sera menée en augmentant progressivement le niveau de complexité des microstructures étudiées afin de caractériser l’impact des paramètres de la microstructure (variation de la distribution de taille de pores) et d’hétérogénéités locales (fractures, pores colmatés) sur les propriétés de l’écoulement.
Le second workpackage du consiste à coupler microtomographie par rayons X, impression 3D, et moulage pour réaliser des reproductions transparentes de la microstructure d'échantillons réels de matériaux poreux et de géomatériaux. Cet ambitieux workpackage permettra de lever un verrou technique majeur pour l’étude de milieux poreux : leur opacité. Par ailleurs, il permettra de réaliser des études originales comme la comparaison entre deux "jumeaux" avec modification de la géométrie locale dans l'un des deux milieux poreux.
Le projet s’articule de façon cohérente avec les problématiques de recherche de l’équipe G2DR du laboratoire RECOVER, qui portent sur les risques environnementaux/technologiques pour les structures hydrauliques et les propriétés mécaniques des géomatériaux, avec un accent sur les instabilités granulaires, les processus d’érosion et de liquéfaction, et la résistance mécanique au cisaillement. KiWiPoM a pour ambition d’élargir ce champ d’expertise en faisant émerger une nouvelle thématique à l’interface de la mécanique des fluides et de la géomécanique. Il renforcera la position du porteur comme chercheur indépendant en lui donnant l'occasion de se démarquer des études fondamentales qu’il a menées jusqu’alors pour donner une dimension plus applicative à ces travaux et étendre son champ de compétences à l’élaboration de nouveaux procédés de fabrication. Le projet apportera également de nouveaux outils expérimentaux pour le développement d’approches innovantes pour l’étude de processus complexes dans les géomatériaux (érosion, suffusion, renforcement des sols), afin d'aborder les questions scientifiques pertinentes en relation avec les problématiques pratiques de terrain. Le financement demandé servira principalement à l’acquisition d’équipements et de matériel expérimental pour réaliser les campagnes expérimentales proposées, et à couvrir les frais de personnel pour le recrutement d’un post-doctorant sur une période de 30 mois.
L’objectif scientifique est triple :
-développer les techniques de visualisation directe des écoulements au sein de poreux afin d’identifier comment les mécanismes à l’échelle du pore affectent les propriétés d’écoulement à plus grande échelle
-progressivement augmenter la complexité des microstructures étudiées pour comprendre le rôle d’hétérogénéités locales
-fournir des mesures expérimentales 3D haute résolution de champs de vitesses dans des milieux poreux qui serviront de benchmark pour le développement de méthodes de simulation numériques.
L’objectif technologique vise à l’élaboration de technique innovante d’impression 3D transparente de matériau poreux reproduisant la microstructure de géomatériaux. Ce savoir-faire lèvera un verrou technique critique dans les poreux concernant leur opacité qui limite dramatiquement les visualisations directes et permettra d’ouvrir la voie à des approches novatrices pour la compréhension des mécanismes complexes dans ces milieux, afin d’anticiper le comportement des sols et des ouvrages hydrauliques.