Transport de sédiments par charriage ou lave torrentielle granulaire : conditions d'occurrence [...]

En montagne, dans les bassins versants torrentiels, il n'est pas rare que les lits des ravines supérieures soient plus ou moins brusquement remplis de dépôts de matériaux non consolidés suite par exemple à des glissements ou écroulements.

Compte tenu de la forte pente de ces ravines, souvent proche de l'angle de repos des matériaux, la question se pose si ces dépôts sont susceptibles d'être mobilisés progressivement par la succession des précipitations sous forme d'écoulements biphasiques de charriage ou si un départ en masse sous forme de lave torrentielle granulaire est possible. Ce dernier cas est bien entendu potentiellement plus dangereux du point de vue de la sécurité publique.

Dans le cadre d'une approche granulaire du transport solide (Frey and Church 2009), une étude théorique sur la structure verticale des écoulements granulaires/fluides et des mécanismes d'entrainement a été proposée par Maurin et al. (2018) aboutissant à un critère de déclenchement d'une lave torrentielle granulaire.

La théorie met en évidence trois contributions pouvant aboutir à la déstabilisation du lit granulaire : la première, constante sur la profondeur, est similaire à l'effet de la pente agissant sur un dépôt de matériaux sec avec néanmoins prise en compte de la poussée d'Archimède. La deuxième contribution concerne l'effet de la contrainte fluide sur l'entrainement du lit granulaire, similaire au charriage. La troisième contribution parfois négligée à tort correspond à l'effet de la pente sur l'écoulement à l'intérieur du massif. Cette dernière contribution est cruciale et nécessite d'être considérée avec soin au regard des enjeux.

Cette théorie a permis de proposer un critère de pente dont le dépassement implique l'entrainement en masse assimilable au déclenchement d'une lave torrentielle granulaire. Ce critère dépend principalement de l'angle de frottement intergranulaire, de la densité des grains et de la fraction solide du lit.

Cependant cette théorie et ce critère n'ont à ce jour pas véritablement été validés expérimentalement.

L'objectif de ce projet doctoral est donc de valider expérimentalement cette théorie et ce critère de déclenchement de lave torrentielle granulaire.

Travaux prévus :

Le cœur du doctorat consistera en une campagne expérimentale, balayant diverses variables, prévue dans le canal particulaire à INRAE, IGE (ex Irstea, ETNA) sur le campus universitaire de Grenoble.

L'effet de la pente sera particulièrement investigué. L'effet de la densité sera aussi testé par l'emploi de divers matériaux, billes de verre, PMMA, POM, etc.

Selon le profil du candidat, il est envisagé de compléter les résultats expérimentaux par des simulations à l'aide d'un modèle aux éléments discrets couplé existant (Maurin et al. 2015). Les résultats expérimentaux et les simulations serviront à raffiner la théorie.

Profil du candidat : mécanique des fluides ou sciences de la Terre ou physique des milieux granulaires, avec un fort intérêt pour la recherche expérimentale.

Exigences: un excellent niveau académique (obligatoire pour le concours doctoral), et une première expérience confirmée en programmation (matlab, python, C++, ...).

Préférable : notions d'hydraulique à surface libre et de transport sédimentaire voire de rhéologie des milieux granulaires, très bon niveau d'anglais.

Début de la thèse : 01/10/2025

Funding category: Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral