Des formes de grains exotiques aux structures métagranulaires intelligentes : vers les origines de la cohésion géométrique – Exo2GeCo

Dans les constructions granulaires classiques, les grains sont cimentés entre eux (exemple, le béton, où le gravier est rendu cohésif via une pâte cimentaire). Les forces adhésives transforment le réseau de forces en un réseau auto-contraint de forces en tractions/compressions. Ces forces permettent d'obtenir un système cohésif mais irréversiblement cohésif. Les structures granulaires auto-contraintes peuvent également émerger par des grains non convexes. Dans ce cas, les chaînes de force auto-contraintes résultent de l'enchevêtrement des grains. La cohésion géométrique (c'est-à-dire l'existence d'une cohésion induite par la géométrie) est un nouveau paradigme, très peu étudié, mal compris. Ce manque de connaissances peut être attribué à trois faits : 1) ce champ d'investigation est jeune 2) il nécessite d'importantes ressources expérimentales/financières pour concevoir une quantité représentative de grains & explorer autant de formes que possible 3) les méthodes en éléments discrets les plus courantes ne sont pas adaptées. En général, les lois de contact sont choisies proportionnellement à la pénétration des grains (Approche de Hertz), ce qui induit des paramètres ad'hoc à calibrer. Ceci est problématique pour des grains exotiques, de formes évolutives, avec un nombre potentiel énorme de contacts. De même, dans les expériences, des grains sphériques ou au moins convexes sont généralement utilisés en raison de la difficulté d'imager et de mesurer les forces en 3D. Tous ces défis scientifiques et techniques expliquent le faible nombre d'études numériques, expérimentales et théoriques sur les systèmes granulaires à grains exotiques. Des approches systématiques sont nécessaires pour 1) modéliser les propriétés des assemblages de grains exotiques afin de construire la base de données des grains induisant une cohésion géométrique 2) identifier les mécanismes à l'origine de la cohésion géométrique 3) relier la cohésion géométrique aux propriétés de résistance.