Typologie d'emplois : Stages

Etude et évaluation de l’empreinte environnementale des méthodes de construction sur plots et pilotis (H/F)

Contexte :
Le CNRS, au sein de l’Institut Pprime, sur le site du Futuroscope, dans la cadre du projet de recherche Tech-0-Artif ((Solutions Techniques pour des Constructions Sans Artificialisation) recrute un stagiaire pour évaluer l’empreinte environnementale des méthodes de construction des habitats réversibles de l’Oasis du Coq à l’Âme. Le projet Tech-0-Artif s’inscrit dans une démarche de recherche qui explore une piste nouvelle de lutte contre l’artificialisation des sols via le développement de solutions techniques permettant de rendre les activités humaines compatibles avec le maintien des services écosystémiques. Cette expérimentation est menée sous forme de laboratoire vivant au sein de l’éco-hameau de l’Oasis du Coq à l’Âme, qui se base sur la notion de communs, la co-construction et la co-opération. Le projet Tech-0-Artif est financé par l’ADEME dans le cadre de l’Appel à projets de recherche – Vers des bâtiments responsables, et vise une normalisation des techniques de fondation faiblement artificialisantes et peu impactantes sur l’environnement.

Description du poste :
Le développement économique et démographique a pour conséquence indirecte l’artificialisation des sols, qui se caractérise par une perte de leur fonction naturelle, causée par l’urbanisation et l’exploitation des sols (250000 ha artificialisés en France durant les 10 dernières années; données issues de l’observatoire de l’artificialisation). Cette artificialisation conduit donc à une destruction difficilement réversible des services écosystémiques des terres artificialisées. Le projet Tech-0-Artif, dont le présent stage constitue une étape essentielle, a donc pour objectif d’étudier et évaluer des solutions techniques de constructions non- artificialisantes (pilotis ou plots) et de comparer la performance et les impacts écologiques des différentes techniques de construction au sein de l’expérimentation collective de l’Oasis du Coq à l’Âme. Plus précisément, la question centrale est de savoir si ce type de construction permet de réduire les impacts de l’habitation sur les services écosystémiques du terrain où elle est construite.

Description de l’employeur/ Laboratoire :
L’institut P’ est un laboratoire de recherche des domaines des Sciences Physiques et des Sciences de l’Ingénierie. C’est une UPR CNRS conventionnée avec l’Université de Poitiers (Faculté des Sciences Fondamentales et Appliquées, Faculté des Sciences du Sport et École Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Poitiers, ENSIP) et l’École Nationale Supérieure de Mécanique et d’Aérotechnique, ISAE-ENSMA. Ses activités couvrent un large spectre de thématiques et de compétences complémentaires allant de la physique des matériaux à la mécanique des fluides et des matériaux, au génie mécanique et à l’énergétique. Trame de fiche de poste DRH 2

Description du profil recherche :
Nous proposons ici en particulier d’étudier et évaluer l’impact environnemental des méthodes de construction sur pilotis et plots, dont nous faisons l’hypothèse qu’ils permettent de construire sans artificialiser. Après une première phase d’écoconception, basée sur l’inventaire des ressources et de la biodiversité locales et sur une approche par analyse de cycle de vie (ACV), nous mettrons en place des plateformes expérimentales instrumentées. Nous en évaluerons l’impact sur l’environnement immédiat (sol, ruissellement, biodiversité) et en réaliserons une ACV plus détaillée. Nous étudierons le comportement de ces fondations lorsqu’elles sont soumises aux risques naturels (tremblements de terre, inondations, glissements de terrain), et initierons une réflexion sur la transposabilité de ces techniques dans les textes réglementaires locaux et nationaux. Finalement, nous organiserons la diffusion de ces résultats pour un public plus large.

Application :
Construction durable, Ecoconception, Habitats réversibles, Impacts environnementaux, Zéro artificialisation, Transition écologique, Science participative, Eco-hameau, Recherche-Actions

Outils et connaissances à utiliser :
Analyse de Cycle de Vie (ACV), Matériaux biosourcés et géosourcés, Approche systémique, Interdisciplinarité. Des connaissances en géotechnique et low-tech serait un plus.

Nature du travail :
Evaluer les impacts environnementaux des choix techniques de fondations des habitats de l’Oasis du Coq à l’Âme à l’aide de l’outil ACV

Saturated Open-pore Foams for Innovative Tribology in Turbomachinery (SOFITT)

The work to be done is to reinforce the work started by Alaa Eddine Ennazii, PhD student funded by the ANR SOFITT. It proposes on a larger scale the development of a mechanical behavior model to predict the macroscale response, in particular the deformations. The numerical simulations of hydraulic and mechanical behavior of porous media face a numerical challenge. The difficulty concerns the consideration of the geometric deformations. On a larger scale, an open-pore foam filled with an elastomer can be seen as a deformable porous medium saturated with fluid. Deformation of the porous medium is accompanied by fluid flow, which applies additional stresses to the solid matrix. This coupling between deformation of porous medium and flow, or poroelasticity, has given rise to a very large literature since the pioneering work of Terzaghi and Biot [Terzaghi, 1943; Biot, 1941; Wang, 2000; Coussy, 2003]. However, there are few experiments on model poroelastic systems that allow the fundamental hypotheses to be tested [Scherer, 1996; Hebraud et al., 2000; Dawson et al., 2008]. Moreover, these studies are mainly concerned with the small deformation regime and few have studied the dynamics of highly deformed poroelastic objects, as for the open-pore foam filled with an elastomer. The mechanical behavior model will be developped by using the software COMSOL which has the Porous Media Flow Module in which there are two poroelastic models: Small Strain Poroelasticity and Large Strain Poroelasticity. The starting point for building the model will be the tutorial called biot-poroelasticity-483 available on the website https://www.comsol.fr/model/. The two poroelastic models will be tested with the database on the compression of open-pore foams filled or not with an elastomer. 

Etude des échanges entre les fractures et la matrice les contenant

Travail à réaliser :

Le travail projeté ici comporte plusieurs volets.

a) Examen d’une situation canonique, où les échanges diffusifs entre fracture/matrice jouent un rôle important, se prêtant à un traitement entièrement analytique : fracture plane traversant une couche de matrice homogène. On pourra déterminer le temps d’établissement du régime asymptotique, formuler le modèle homogénéisé qui s’applique alors, et déterminer ses coefficients effectifs selon les paramètres du soluté, de la fracture et de la matrice. L’approche permettra aussi la description complète du transitoire pré–asymptotique, à partir d’une condition initiale arbitraire. On examinera aussi quelles généralisations sont possibles dans le cadre de l’approche analytique (notamment, matrice hétérogène, anisotrope, stratifiée, …).

b) Poursuite du travail par simulations numériques directes. Dans un premier temps, on pourra conserver la configuration de (a), qui permettra une confrontation avec les résultats analytiques. On pourra ensuite complexifier la configuration en introduisant divers types de désordre concernant la fracture ou les propriétés de la matrice. Le cas réaliste d’une fracture avec une ouverture variable sera particulièrement intéressant, puisque les changements de section provoquent des échanges convectifs de soluté entre la fracture et la matrice. Cet effet a un impact fort (mais différent de l’effet des échanges diffusifs dans le cas précédent) sur les propriétés de transport macroscopiques.

c) Finalement, un modèle réduit sera examiné, où la fracture n’est plus représentée que par une surface sans épaisseur assortie de propriétés effectives (voir Fig. 3). Ceci constitue la brique élémentaire des modèles DFN (Discrete Fracture Network) utilisés pour représenter un milieu fracturé à l’échelle globale. La confrontation avec (a) et (b) permettra de le valider, et d’identifier les aspects à soigner particulièrement dans les développements ultérieurs. Par exemple, on sait déjà que les échanges diffusifs transitoires rapides entre matrice et fracture présentent de grandes difficultés de prise en compte numériques quand la plage d’échelle spatiale augmente.