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Doctorat en modélisation champ de phase de la banquise (H/F)

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
- Français-- Anglais

Date Limite Candidature : jeudi 22 février 2024

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Informations générales

Intitulé de l'offre : Doctorat en modélisation champ de phase de la banquise (H/F)
Référence : UMR5275-VERDAN-005
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : ST MARTIN D HERES
Date de publication : jeudi 18 janvier 2024
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2024
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : La rémunération est d'un minimum de 2135,00 € mensuel
Section(s) CN : Ingénierie des matériaux et des structures, mécanique des solides, biomécanique, acoustique

Description du sujet de thèse

La banquise, comme plusieurs autres objets géophysiques (par exemple, les roches de la croûte terrestre, les sols, la neige), est un matériau très complexe qui présente divers comportements mécaniques, en fonction de son état local et des échelles de temps et d'espace auxquelles elle est observée. En effet, lorsqu'elle est dense (en hiver et dans le centre de l'Arctique), elle se comporte comme un solide continu et endommageable. Lorsqu'elle est localement très fragmentée (comme dans la Zone Marginale de Glace), elle se comporte plutôt comme un milieu granulaire frictionnel. Entre ces deux régimes, solide et granulaire, l'intensité des échanges d'énergie, de gaz et de quantité de mouvement entre la glace, l'atmosphère et l'océan est très différente, d'où l'importance de capturer leur essence dans des modèles continus tels que ceux utilisés pour les prévisions climatiques. Il est tout aussi important de pouvoir simuler la transition entre ces régimes, ou granularisation, car elle contrôle fortement l'évolution locale/saisonnière et globale/long terme de la banquise polaire.
Ce projet de doctorat vise à développer un modèle continu capable de capturer cette transition de granularisation, en représentant la propagation d'une phase fragmentée (c'est-à-dire endommagée) dans un solide continu par approche champ de phase.
Du point de vue de l’approche champ de phase, le projet s'attaquera à plusieurs défis fondamentaux qui découlent du contexte de la banquise et d'objets géophysiques au comportement similaire, par exemple : le couplage du champ de phase à une équation constitutive viscoélastique de type Maxwell, qui permet des déformations irréversibles dans la phase endommagée, ainsi que la formulation et le traitement numérique d'un critère d'énergie critique pour la rupture par cisaillement compressif.

Le projet, axé sur le développement d’un modèle, ouvre la voie à plusieurs applications géophysiques. Par exemple, le modèle développé pourrait être comparé aux modèles existants de banquise qui sont basés sur une approche classique de la mécanique de l’endommagement, afin de contraster leur comportement mécanique simulé et de leur efficacité numérique. Il pourrait également être utilisé pour étudier l'évolution de la résistance mécanique macroscopique de la glace de mer ou d'autres objets géophysiques à travers la transition de granularisation et ainsi informer les équations constitutives à grande échelle et les paramétrisations de cette transition.

L’objectif de ce travail de thèse est de proposer un modèle par champ de phase de la granularisation de la banquise, qui constitue une alternative pertinente aux modèles visco-élasto-fragiles existants, car incorporant une formulation de la propagation de l’endommagement plus physique. Les tâches de l’étudiant seront de:
- développer un modèle champ de phase pour la transition de granulation issue des processus de fracturation, soit (1) d’étendre la formulation du champ de phase de la propagation des fractures classique à une rhéologie viscoélastique (de type Maxwell); (2) de mettre en œuvre le critère approprié pour la fracturation de la glace de mer dans la formulation du champ de phase et d’évaluer sa robustesse (s'agit-il d'une contrainte critique? quelle composante de la contrainte? ou s’agit-il d’une déformation critique? d’une énergie critique?); (3) de coupler la rhéologie viscoélastique avec la dynamique du champ de phase (dériver l'équation d'évolution pour la propagation de la fracture couplée avec la réponse viscoélastique du matériau); (4) comprendre comment la transition de granulation est impactée par l’hétérogénéité spatio-temporelle des propriétés viscoélastiques du matériau.
- comparer les résultats numériques avec des observations (ex., satellite et radar) de la fragmentation de la glace de mer.
- comparer les résultats numériques en termes physiques et de temps de calcul avec les modèles existants de déformation de la glace de mer.

Les compétences requises sont :
- Compétences en physique numérique,
- Connaissances théoriques en physique statistique et en mécanique des solides et des fluides,
- Connaissances théoriques des méthodes mathématiques en physique, par exemple le calcul variationnel, les équations différentielles partielles.
- Expérience en programmation (C++, Python ou langage similaire).
Des compétences complémentaires souhaitables sont :
- Expérience en modélisation des milieux granulaires
- Expérience théorique/calculatoire ou intérêt pour les modèles de champ de phase.

Contexte de travail

Ce contrat s’inscrit dans le contexte du Scale-Aware Sea Ice Projet (SASIP, https://sasip-climate.github.io/), une collaboration internationale qui rassemble 6 co-investigateurs, dont Véronique Dansereau (ISTerre/IGE, Grenoble), et une vingtaine de partenaires répartis dans plusieurs institutions à l’international. Le projet est financé sur 6 ans (2021-2027) par le Virtual Earth System Research Institute (https://schmidtfutures.com/ourwork/scientific-knowledge/vesri/). Le contrat s’inscrit également dans le contexte d’une collaboration entre SASIP, en particulier ISTerre, et le Njord Center à l’Université d’Oslo.
SASIP vise à développer un modèle de la banquise novateur, physiquement rigoureux et contraint de près par des données qui pourra améliorer les prédictions du climat polaire et global. Ce modèle est basé sur une rhéologie de type visco-élasto-fragile. Le projet est divisé en cinq grands volets scientifiques. Le volet 2, dans lequel le contrat proposé s’inscrit, concerne (i) le développement/amélioration de cette rhéologie pour permettre la représentation de l’impact à l’échelle globale de la transition solide fragile - granulaire dans la banquise, (ii) son intégration dans un modèle de banquise grande échelle et couplé océan-glace (NeXtSIM) et (iii) l’évaluation de l’impact des paramétrisation mécaniques améliorées sur la représentation de l’évolution spatio-temporelle de la banquise et de ses interactions thermodynamiques avec l’océan.

Le candidat travaillera en interaction avec une équipe constituée de chercheurs, doctorants, post-doctorants et ingénieurs, en particulier les participants au projet SASIP, répartis entre le Njord Center de l’Université d’Oslo (Norvège), l’Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), l’Institut de Géosciences de l’Environnement (IGE) à Grenoble et le Nansen Environmental and Remote Sensing Center (NSERC) à Bergen (Norvège).

La thèse devra débuter au plus tard le 1er Octobre 2024. Un début plus tôt est possible.

Contraintes et risques

Ce travail de thèse est de nature numérique et ne comporte donc aucun risque physique.