MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT ET DE RUPTURE

Ce modèle numérique simule l'évolution de la fracturation d'une roche homogène soumise au déplacement d'un outil de coupe. Cette fracturation est représentée par l'intermédiaire de petits traits rouge modélisant la rupture d'une liaison cohésive entre deux particules. A partir d'un tel modèle, il est ensuite aisé de modifier les propriétés de la roche, la forme de l'outil de coupe ou sa vitesse de pénétration et d'analyser le comportement du massif ou la réaction du massif sur l'outil de fracturation.

Cette approche permet de mixer directement un modèle discontinu à un modèle continu et ainsi de modéliser des matériaux cohésifs de très grandes dimensions, en éloignant les conditions aux limites du modèle numérique sans avoir recours aux particules (gourmandes en mémoire puis en temps de calcul). Cette méthode consiste en l'utilisation de particules au voisinage des zones fortement sollicitées et un modèle équivalent de type continu dans les zones plus éloignées. A tout moment les zones continues peuvent être transformées en zones particulaires comme le montre l'animation vidéo, représentant la propagation d'une fissure (en noir) lors d'un essai de traction.

Ce modèle numérique représente la fracturation d'un massif rocheux homogène soumis à une charge explosive (représentée en bleu puis rouge après allumage). Il est possible de reproduire le comportement dynamique d'une roche dès lors que le pas de temps est suffisamment petit. Ici, nous visualisons la fracturation de la roche, avec en noir les micro-fissures dues à une rupture par traction et en vert les micro-fissures dues à une rupture en cisaillement.

Pour analyser l'influence de la présence d'une lame de pré-fracturation à l'avant d'une charrue, nous avons construit un modèle numérique discret 3D à l'aide du logiciel PFC3D. Des simulations ont permis de suivre l'évolution des contraintes mesurées sur la lame de pré-fracturation, ainsi que la bonne pénétration de la lame, en fonction de la cohésion de la roche et de son état de fracturation initiale (RQD).