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Thèse soutenue par Emmanuel Wyser, le 17 décembre 2021, Institut des sciences de la Terre (ISTE)
Le comportement des solides est souvent déterminé par des processus irréversibles, comme la plasticité. Cette dernière suppose qu’un matériau solide, soumis à des contraintes internes, va se déformer de manière irréversible à partir d’un certain seuil de déformation. Ce type d’interaction prédomine sur la Terre et régit de multiples phénomènes comme la mécanique des failles ou encore la création des chaînes de montagnes. A une plus petite échelle, un bel exemple de cette irréversibilité des processus est un glissement de terrain.
Ce travail de thèse propose d’implémenter des solutions numériques à des problèmes de la mécanique des milieux continus dont les déformations peuvent être faibles à importantes. Ceci dans le but ultime d’acquérir de meilleures connaissances de la mécanique interne des glissements de terrain. Les méthodes numériques traditionnelles sont robustes et validées depuis longtemps, mais peuvent rencontrer certains problèmes lorsque les déformations des matériaux sont très importantes. Ainsi, de nouvelles méthodes numériques sont nécessaires pour prendre en compte les régimes de grande déformations.
Le problème général de tout modèle numérique, en particulier pour les nouvelles méthodes, est son coût en temps de calcul, qui dépend généralement de la résolution numérique utilisée, mais plus spécifiquement, de la méthode numérique choisie. Traditionnellement, l’informatique traite les opérations arithmétiques de manière séquentielle, c’est-à-dire que le processeur central de calcul (CPU) traite les opérations l’une après l’autre. Une parallélisation est cependant possible. Avec le développement technologique des cartes graphiques modernes (GPU), il est maintenant possible de traiter ces opérations de manière massivement parallèle. Ce travail vise donc à utiliser les architectures dite récentes des cartes graphiques afin de permettre des calculs rapides et massivement parallélisés.
Dans un premier temps, ce travail de recherche propose d’implémenter des solutions numériques des déformations élasto-plastiques dans un langage de programmation de haut-niveau, comme MATLAB. Différents tests numériques ont été réalisé afin de valider l’implémentation numérique. Puis, cette structure algorithmique a été implémentée dans un langage de programmation de bas-niveau, orientée vers les cartes graphiques. Ceci a permis d’atteindre un haut niveau de performance et a permis de modéliser des phénomènes complexes tridimensionnels comme les glissements de terrain ou les écroulements granulaires secs.
Ce travail a démontré que les cartes graphiques récentes sont d’un très grand intérêt pour accélérer significativement le temps de calcul. De plus, cela donne un éclairage nouveau concernant la mécanique des glissements de terrain en trois dimensions, domaine qui était pour l’instant peu étudié de part les importantes ressources de calcul nécessaire.
