Les chaires de recherche et d’excellence ne sont pas chose nouvelle à Grenoble INP – UGA. Grâce au mécénat, en 10 ans, la Fondation en a créé 15. Parmi les neuf qui sont toujours actives, on retrouve celle de Medelia et Oxalia, deux chaires qui ont été présentées aux étudiants jeudi 26 septembre lors d’une demi-journée placée sous le signe de la transmission, de la sensibilisation et du partage.
Medelia : une chaire qui se préoccupe de la durabilité des ouvrages hydrauliques
Portée par le mécénat de SPRETEC (Groupe Artelia), la chaire Medelia focalise son travail de recherche sur la durabilité des ouvrages hydrauliques, en s’intéressant notamment à la fatigue. Celle-ci souvent due à l’usure des matériaux et peut s’expliquer par un manque d’entretien. Autre variable à prendre en compte : la météo. Avec le réchauffement climatique, nous sommes confrontés à des crises météorologiques récurrentes et de plus en plus fortes auxquelles les structures vieillissantes ne résistent pas toujours. Il faut dire que plus “l’élément perturbateur” va être puissant, plus la sollicitation des ouvrages va être importante. Si l’ouvrage est déjà abîmé, il y a des risques de défaillance pouvant aller jusqu’à une rupture de pièces essentielles.
Pour illustrer l’impact des épisodes météorologiques sur des structures fragilisées Arnaud Isaac, responsable du service calculs chez SPRETEC, a pris pour exemple le pont-barrage de Vichy. Cette structure a fait la une de l’actualité en 2021 après la rupture d’un clapet de vanne, suite à de violentes intempéries. Une rupture, sans conséquences graves, qui s’explique par une perte d’épaisseur des clapets, et qui est survenue alors même que des travaux de remplacement des vannes du pont barrage étaient en cours.
Ces travaux ont-ils été engagés trop tard ? La structure n’était-elle pas déjà trop “usée” pour pouvoir faire face ? Ce sont des questions légitimes auxquelles s’intéressent les chercheurs de la chaire Medelia. « Notre travail consiste à caractériser des incertitudes avec des probabilités en faisant des statistiques en vue de quantifier une certaine fiabilité, c’est-à-dire une probabilité d’assurer un bon fonctionnement pour une période donnée dans des conditions données », explique Julien Baroth, titulaire de la chaire et chercheur au 3SR. Grâce aux analyses et aux résultats obtenus, des courbes de fatigue sont réalisées. Réparties par catégorie d’assemblage, elles permettent de définir une résistance à la fatigue en fonction d’un certain nombre de cycles de chargement. La chaire Medelia fait aussi appel à des compétences déterministes au travers des travaux réalisés sous la direction de Rafaël Estevez, titulaire de la chaire et chercheur au SIMaP. Il explique que sa mission consiste à « comprendre les normes de construction et les faire évoluer à partir de calculs et de recherche. » Grâce aux résultats, il est possible « d’identifier le mécanisme responsable de la fissuration, de le modéliser, de proposer une analyse robuste et préconiser des interventions efficaces. » Ainsi, à différentes échelles, pour différents matériaux, des solutions sont proposées afin de traiter la fatigue avant que la structure ne soit trop endommagée. Un travail colossal, d’utilité publique lorsque l’on sait qu’un dysfonctionnement peut avoir des conséquences dramatiques (dommages et cessation de certains services essentiels pour la population – comme l’accès à l’eau potable). Côté entreprise, une défaillance coûte très cher avec des frais de réparation importants et une perte de revenu liée à l’impossibilité d’exploitation de la structure.
Prévoir la dynamique des écoulements multiphasiques grâce à la chaire Oxalia
Portée par la Fondation Grenoble INP, la chaire d’excellence Oxalia, financée grâce au mécénat de la société Artelia, vise à prévoir la dynamique des écoulements hydrauliques multiphasiques – écoulements simultanés de phases distinctes (eau, sédiment, air…). Le travail de recherche réalisé dans le cadre de la chaire vise à décrire ce phénomène à l’aide de la physique, en réalisant des modélisations et des analyses en remontée d’échelle.
À partir du savoir-faire, des compétences et questions scientifiques liés à ce phénomène, la chaire Oxalia a identifié trois thématiques prioritaires, sujets d’étude pour les chercheurs et étudiants : l’affouillement autour de structures, les évolutions morphologiques des zones côtières et des eaux intérieures ainsi que la modélisation du mélange air-eau. « Nous réalisons un travail complexe dès lors que nous sommes face à un phénomène qui intervient à des échelles différentes, avec des effets variables. Pour avoir un ordre de grandeur, on va de 100 microns à plusieurs dizaines voire centaines de kilomètres – du grain au banc de sable », détaille Julien Chauchat, titulaire de la chaire. « L’ingénierie ne résout pas l’échelle du grain de sable, d’où l’intérêt de la modélisation au travers des connaissances physiques. Il faut dire que notre travail est essentiel aussi bien pour le domaine de l’ingénierie de l’environnement que celui des énergies renouvelables, car ce sont les phénomènes rapides à petite échelle, emboîtés, qui vont avoir des conséquences à grande échelle », poursuit Julien Chauchat. Lorsqu’ils sont “puissants”, les écoulements peuvent être source d’érosion, voire d’affouillement (creusement du sol près d’un ouvrage). Ce phénomène impacte négativement les structures hydrauliques et côtières pouvant entraîner une détérioration, une défaillance voire un effondrement.
L’affouillement touche certes des structures de génie civil, du type pont, mais il concerne aussi les ouvrages de génie végétal présent sur les berges des cours d’eau. La chaire Oxalia a ainsi été prolongée avec l’intégration d’un sujet d’actualité : le génie végétal pour lutter contre l’érosion des berges. Un sujet abordé à partir des recherches réalisées dans le cadre d’une thèse, celle de Natacha Fructus, ancienne élève de Grenoble INP – Ense³, UGA. Encore peu étudiés, du fait de leur complexité, les ouvrages de génie végétal représentent une barrière de protection naturelle. Comme le précise André Evette, chercheur et ingénieur INRAE, « tout l’intérêt des ouvrages de génie végétal réside dans le fait que ces ouvrages sont au plus près de la nature, lorsqu’ils lorsqu’ils sont réussis ils deviennent invisibles et sont pleinement intégrés au paysage. De par leurs caractéristiques, ils favorisent la biodiversité tout en pouvant être aussi efficaces et résistants que des ouvrages de génie civil. » Si l’on doit résumer la démarche de manière simplifiée, on peut dire qu’il s’agit de « copier des modèles naturels qui fonctionnent bien afin de les intégrer aux ouvrages de manière à lutter contre l’érosion, tout en développant les fonctions écologiques des berges. » Force est de constater que cette technique se veut écologique, loin des projets de bétonisation développés depuis les Trente Glorieuses. À l’heure où la protection de l’environnement est au cœur des préoccupations, elle constitue une alternative intéressante pour la survie des structures, leur résistance augmentant avec le temps contrairement au génie civil .
Les recherches de la chaire Oxalia sont donc essentielles puisqu’elles « permettent de comprendre la dynamique des milieux naturels qui nous entourent, les modéliser pour mieux prévoir leurs évolutions et construire des infrastructures plus pérennes en réduisant les risques matériels et humains. » Grâce aux modélisations, la capacité prédictive des outils de l’ingénieur est largement améliorée. De quoi anticiper les impacts du phénomène sur une structure donnée et ainsi pouvoir prendre les bonnes décisions, que ce soit en amont d’une construction, dans le cadre de l’entretien d’une structure ou en situation d’urgence. Les résultats de ces études « font aussi avancer la connaissance fondamentale pour développer des approches innovantes qui deviendront celles de l’ingénierie de demain. » Le travail réalisé dans le cadre de la chaire Oxalia est par ailleurs utilisé pour la formation des futurs ingénieurs. Grenoble INP – Ense³, UGA propose ainsi à ses étudiants un enseignement dédié aux outils de simulation avancés pour la mécanique et l’hydraulique. Prochainement, les étudiants recevront également un enseignement autour du génie végétal.
