Research Team 1 – Multi-scale modeling and characterization of coupled problems

Responsible : Ali ZAOUI

The research of this team deals with the development and use of modeling at several scales with the aim of improving the understanding of the behavior of geomaterials and infrastructures by taking into account the multi-scale nature of the problems encountered. It is a question of modeling the behavior and of characterizing materials by going from the nanoscale to the macroscopic scale

Three main topics are considered in this team: topic 1 focuses exclusively on studies at the nanoscale (modeling at small scales), topic 2 is based on the different scales ranging from nano to macro and finally the topic 3 focuses on modeling at the macroscopic scale.

The subjects considered are mainly devoted to geomaterials at all scales up to that of the infrastructure, the various couplings (hydro-thermo-mechanical, physico-chemical ...) and the interaction of the structure with its environment.

On the other hand, the characterization of the various materials (including geomaterials) constitutes the main subject of topic 2 where we can note, in particular, experimental work based on instrumented indentation as well as its development.

The works are classified into three topics:

This topic aims to study the properties of geomaterials at the nanoscale in variable environments of temperature, pressure, fluid and contaminants both in volume and on surface. We use in particular atomistic modeling and simulation methods including first-principles methods (ab initio), molecular dynamics and Monte Carlo. The corresponding works cover a wide range of systems including rocks, clays and concrete. The originality lies in the pioneering role of LGCgE in this area. It makes it possible to position it at the best levels on the international level with both fundamental and applied aspects. This topic benefits from close international collaborations with colleagues from Sweden, the United States, Austria, China and England. An international master course on nanoscience and nanotechnology in civil engineering has been created. It opens the door to new PhD students to be specialized in this field.
This topic is interested in all types of materials: massive homogeneous or heterogeneous materials, metallic, ceramic or polymers, coated or not. The main objective is the determination of their mechanical properties on local and global scales and the identification of their behavior laws in small and large deformations according to their properties. This theme is addressed with an emphasis on the relationship between modeling and experimentation. This is why, a first axis concerns the use of instrumented indentation for the mechanical characterization of materials. This approach makes it possible to consider a wide variety of properties and therefore to be interested in purely elastoplastic materials, such as metals and ceramics, or in polymeric materials for which the viscous aspect can be taken into account. With regard to polymer systems, an emphasis is under development and experimental verification of behavioral models and criteria of fatigue and rupture. Mechanical characterization by multiscale indentation
In general, we are interested in the mechanical characterization of materials, mainly by indentation, with a materials approach taking into account various parameters (multiphasic, heterogeneous, porous, coated ...) and an approach rather oriented towards the development of the technique of indentation. All measurement scales are covered, from nano to macro, different modes are used (classic, CSM and multi-cyclic) and different properties are studied. In addition to the mechanical characterization of materials, we are interested in the development of instrumented indentation at different measurement scales for the determination of mechanical surface properties. It is mainly a question of hardness but also of the modulus of elasticity, the toughness and the mechanical properties of traction by inverse methods, the laws of behavior in creep and in relaxation. Our goal is to deepen our knowledge of the methodology, its contours and its limits for obtaining reliable and relevant properties. This is why we are studying a wide variety of materials in massive forms with different mechanical behaviors (from metals to ceramics), highly heterogeneous materials such as geomaterials (concretes), materials coated with thin films (<10 μm) or thicker (some 100 μm), homogeneous or heterogeneous structures or materials with a gradient of surface properties obtained by mechanical or thermochemical treatments. This diversity of case studies has allowed us to make good progress on the knowledge of new materials. However, there are still scientific barrier to be overcome, such as the taking into account of experimental parameters (rigidity of the machine, tip defect ...), the effect of size in indentation, the modeling of the mechanical properties of coated or gradient materials and finally the search for relevant parameters to characterize highly heterogeneous materials such as those of civil engineering.
The problematic dealt with in this theme concerns the modeling and forecasting of the behavior of complex structures by taking into account different couplings (mechanical, thermal, hydraulic, soil-atmosphere, soil-structure), complex loads, such as seismic loading or movement of soil linked to excavations or deformations of thermal or water origin and complex geometries (3D, evolutionary or fractured environments ...).
Originality and positioning
The originality of the work lies in the use of a global numerical approach integrating the different elements of complexity (3D geometry, non-linear behavior, different coupling of phenomena ...) to analyze the behavior of structures with different types of stresses, including the stresses imposed by the environment of the structure. Integrated modeling often leads to simpler models and/or practical recommendations for the design, rehabilitation and or operation of the structure.
Approach and actions undertaken
The approach is based on new digital developments, the integration of part of these developments in existing software or platforms, the validation of models on tests or observations and their applications to the analysis of the behavior of works under different types of stress.
ER1 Par : ABBAD EL ANDALOUSSI Nawal

Nanoscale modeling of self-healing mechanism of asphalt/oxides nanostructure

Directeur de Thèse : ZAOUI Ali
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Bourse Ecole Doctorale
date de début : 01/10/2017
date de soutenance : 16/02/2021
ER1 Par : AL JURDI Majd

Améliorer les capacités du City Information Model (CIM) en créant un système socio-environnemental compréhensif

Directeur de Thèse : MROUEH Hussein
Co-tutelle : non
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : CDD (Junia)
date de début : 08/11/2022
ER1 Par : ALDALATI Rami

Energie renouvelable

Directeur de Thèse : SHAHROUR Isam
Co-directeur : AMROUCHE Abdelwaheb
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Bourse Syrie
date de début : 26/09/2010
date de soutenance : 26/05/2014
ER1 Par : ALJR Hasan

Impact des tranchées sur la dégradation des chaussées urbaines

Directeur de Thèse : SADEK Marwan
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Contrat privé entreprise
date de début : 01/12/2014
date de soutenance : 20/12/2017
ER1 Par : ALYAMAN Amar

Renforcement des sols compressibles par inclusions rigides verticales. Modélisation du comportement sous sollicitation statique et dynamique

Directeur de Thèse : MROUEH Hussein
Co-directeur : DIAS D.
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : CIFRE
date de début : 01/07/2020
date de soutenance : 26/10/2023
ER1 Par : ATIK Malik

Analyse non linéaire du comportement sismique des structures mixtes voiles-portiques en prenant compte l'interaction sol-structures

Directeur de Thèse : SHAHROUR Isam
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Erasmus mundus
date de début : 10/10/2010
date de soutenance : 10/12/2013
ER1 Par : BABA Aya

Utilisation de la technologie intelligente pour une gestion durable équipements publics dans les pays en développement: Application aux bâtiments publics en Palestine

Directeur de Thèse : SHAHROUR Isam
Co-directeur : SADEK Marwan
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Contrat Formation Recherche
date de début : 01/09/2020
date de soutenance : 14/11/2023
ER1 Par : BOUIBES Amine

Exploration des matériaux avancés pour des applications Génie Civil

Directeur de Thèse : ZAOUI Ali
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Bourse du ministère
date de début : 24/10/2011
date de soutenance : 24/11/2014
ER1 Par : BOUSSELHAM Amine

Caractérisation et Modélisation de matériaux hétérogènes sous sollicitations multi-axiales / Liens entre propriétés et microstructure

Directeur de Thèse : ROUDET Francine
Co-directeur : DUFRENOY P
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : contrat doctoral
date de début : 02/10/2017
date de soutenance : 08/12/2021
ER1 Par : CACHOT Ugo

Modélisation multi-échelle du comportement mécanique des tissus mous du disque intervertébral humain et des mécanismes de couplage associés

Directeur de Thèse : ZAIRI Fahmi
Établissement d'affectation : Lille University
date de début : 01/10/2023
ER1 Par : CHEN Shuo

Analyse du comportement des pieux en béton armé sous charges complexes

Directeur de Thèse : MROUEH Hussein
Établissement d'affectation : Lille University
date de début : 26/09/2023
ER1 Par : DERROUICHE Amil

Réponse osmo-inélastique du disque intervertébral : caractérisation expérimentale et modélisation constitutive

Directeur de Thèse : ZAIRI Fahmi
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Contrat doctoral
date de début : 01/10/2013
date de soutenance : 12/12/2018
ER1 Par : DOGHMAN Mirna

Modélisation du comportement cyclique axial et transversal des monopieux d'éoliennes marines ancrés dans des massifs crayeux

Directeur de Thèse : MROUEH Hussein
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : contrat doctoral et cofinancement ANR
date de début : 01/10/2017
date de soutenance : 01/10/2021
ER1 Par : EL HAJJ CHEHADE Fatima

Estimation non invasive de la durée de vie des infrastructures civiles soumises à des contraintes non-contrôlées

Directeur de Thèse : MROUEH Hussein
Co-directeur : YOUNES R. (Liban)
Co-tutelle : oui
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Bourse Libanaise et bourse Université Lille 1
date de début : 01/12/2014
date de soutenance : 24/10/2018
ER1 Par : FERREIRA Fançoni

Homogénéisation micromécanique dans les milieux polymères avancés et couplage multi-physique

Directeur de Thèse : ZAIRI Fahmi
Co-tutelle : oui
Établissement d'affectation : Artois University
Financement : Bourse (INAGBE - Ministère de l´enseignement supérieur, Science et Innovation de l´Angola)
date de début : 02/10/2021
ER1 Par : GUO Qiang

Réponse thermo-mécanique des élastomères sous chargement cyclique : Modélisation constitutive et expérience

Directeur de Thèse : ZAIRI Fahmi
Co-directeur : GUO X. (Chine
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Financement étranger
date de début : 01/10/2016
date de soutenance : 18/01/2019
ER1 Par : HE Shanshan

Les influences des erosions internes sur la stabilité des digues sous sollicitations couplées hydro-mécaniques

Directeur de Thèse : BIAN Hanbing
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Bourse 'China Scholarship Concil' (CSC)
date de début : 03/10/2022
ER1 Par : HE Ting

Analyse de la stabilité des massifs rocheux fracturés avec des boulons corrodés

Directeur de Thèse : SHAHROUR Isam
Co-directeur : CHEN
Co-tutelle : oui
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Bourse (China Scholarship Council)
date de début : 22/11/2011
date de soutenance : 22/09/2015
ER1 Par : HOU Nan

Modélisation constitutive multi-physique de systèmes polymères et son application à la réponse en fatigue de structures massives

Directeur de Thèse : ZAIRI Fahmi
Co-directeur : DING N. (Chine)
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Financement étranger
date de début : 01/10/2020
ER1 Par : HOU Xiaoping

Study on dynamics characteristics of seepage flow in fractured rock masses

Directeur de Thèse : SHAHROUR Isam
Co-directeur : CHEN
Co-tutelle : oui
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Bourse (China Scholarship Council)
date de début : 01/09/2014
date de soutenance : 29/06/2017
ER1 Par : IHSAN Mohammad

Instabilité sous chargement sismique. Influence des couplages.

Directeur de Thèse : SHAHROUR Isam
Co-directeur : ZEMMOURI J.
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Bourse Indonésie
date de début : 24/01/2012
date de soutenance : 24/11/2014
ER1 Par : JIA Jiwei

Amélioration des performances mécaniques des composites bio-inspirés pour le bâtiment et les applications de construction

Directeur de Thèse : ZAOUI Ali
Établissement d'affectation : Lille University
date de début : 25/07/2023
ER1 Par : JUDEH Tariq

Use of smart water systems for flood risk mitigation and management

Directeur de Thèse : BIAN Hanbing
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Financement étranger
date de début : 01/10/2019
date de soutenance : 02/09/2022
ER1 Par : KAMIL Insan

Macroelement modelling from the non linear response of pile foundations

Directeur de Thèse : MROUEH Hussein
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Gouvernement indonesien
date de début : 05/10/2015
date de soutenance : 10/07/2019
ER1 Par : KANDIL Karim

Modélisation multi-physique et multi-échelle des tissus mous stratifiés : Application à la réponse multi-axiale du disque intervertébral humain

Directeur de Thèse : ZAIRI Fahmi
Co-directeur : MESSAGER T.
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Contrat doctoral
date de début : 01/10/2017
date de soutenance : 26/11/2020
ER1 Par : KOSHELEVA Natalia

Techonological tool optimization for production of low-temperature superconducting products

Directeur de Thèse : SHAHROUR Isam
Co-directeur : Greman Kolmogorov
Co-tutelle : oui
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Bourse PERM Russie
date de début : 12/02/2013
date de soutenance : 12/10/2015
ER1 Par : LAANAIYA Majdouline

La nanoscience pour le génie Civil analyse aux petites échelles des intéractions des nanoparticules avec le béton

Directeur de Thèse : ZAOUI Ali
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Bourse du ministère
date de début : 01/10/2016
date de soutenance : 26/05/2020
ER1 Par : LAKHLIOUI Zineb

Études mécanique et morphométrique de couches minces pour les microtechnologies

Directeur de Thèse : ROUDET Francine
Co-directeur : ZIOUCHE Katir
Établissement d'affectation : Lille University
date de début : 01/11/2023
ER1 Par : LIN Jiyu

Modified Clay Minerals for Carbon Dioxide Adsorption to Improve Greenhouse Environment

Directeur de Thèse : Ali ZAOUI
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : China Scholarship Council (CSC)
date de début : 01/10/2024
ER1 Par : LIU Jie

Study on the disintegration characteristic of carbonaceous mustone nd wetting deformation of embandment subjected to load and cyclic drying-wetting

Directeur de Thèse : BIAN Hanbing
Co-directeur : Hongyuan F
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Financement étranger
date de début : 09/01/2019
ER1 Par : LU Siyang

Caractérisation mécanique par indentation instrumentée multi-échelles et mesure des contraintes résiduelles par diffraction x de revêtements innovants

Directeur de Thèse : ROUDET Francine
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : INTERREG FEDER
date de début : 01/10/2019
date de soutenance : 05/12/2022
ER1 Par : LUSHNIKOVA Anna

Improving Mechanical Properties of Concrete from Inserted Carbon Nanotubes: A Molecular Dynamics Study

Directeur de Thèse : ZAOUI Ali
Co-tutelle : non
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Bourse du ministère
date de début : 01/10/2013
date de soutenance : 22/05/2017
ER1 Par : MENGUE Emmanuel

Comportement en laboratoire latéritiques partiellement saturés en vue de leur utilisation en remblai d'infrastructures de transport: Influence des cycles séchage-humidification

Directeur de Thèse : MROUEH Hussein
Co-directeur : Medjo Eko
Co-tutelle : oui
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Erasmus mundus
date de début : 18/10/2012
date de soutenance : 18/06/2015
ER1 Par : MEZEH Reda

Comportement mécanique des sols lateritiques

Directeur de Thèse : SADEK Marwan
Co-directeur : HAGE CHEHADE Fadi
Co-tutelle : oui
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Université Libanaise
date de début : 01/11/2013
date de soutenance : 11/07/2017
ER1 Par : NIU Weiwei

Study on the physical and mechanical properties of montmorillonite and the mechanism of PVA improvement under low temperature conditions

Directeur de Thèse : Ali ZAOUI
Co-directeur : Yuanyuan ZHENG
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : China Scholarship Council (CSC)
date de début : 01/10/2024
ER1 Par : PHAM Thi Hai Yen

Contribution of the smart city concept to teh development of the green city

Directeur de Thèse : SHAHROUR Isam
Co-directeur : LEPRETRE Alain
Co-tutelle : oui
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Sholarship
date de début : 01/09/2017
date de soutenance : 29/09/2020
ER1 Par : RAFEH Faten

Prise en compte des effets différés dans l'étude du comportement des cavités souterraines

Directeur de Thèse : MROUEH Hussein
Co-tutelle : non
Établissement d'affectation : Lille University
date de début : 14/11/2012
date de soutenance : 14/12/2015
ER1 Par : RAMMAL Dina

Behavior of geothermal structures application to piles and diaphrag walls

Directeur de Thèse : MROUEH Hussein
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : contrat doctoral
date de début : 01/09/2014
date de soutenance : 12/12/2017
ER1 Par : SAADEDINE Mahrez

Endommagement et recouvrance dans les hydrogel nanocomposites

Directeur de Thèse : ZAIRI Fahmi
Co-directeur : OUALI N. (Algérie)
Établissement d'affectation : Lille University
date de début : 01/10/2020
date de soutenance : 15/12/2022
ER1 Par : SLITEEN Lyad

Modélisation tridimensionnelle du comportement d'un tunnel au cours de creusement sous chargement sismique

Directeur de Thèse : MROUEH Hussein
Co-tutelle : non
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : ATER
date de début : 30/09/2008
date de soutenance : 31/05/2013
ER1 Par : SURYATRIYASTUTI Maria Elizabeth

"Comportement de l'inferface sol-pieu des pieux géothermiques sous sollicitation thermique cyclique"

Directeur de Thèse : MROUEH Hussein
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Contrat doctoral de MESR
date de début : 30/10/2010
date de soutenance : 30/09/2013
ER1 Par : TABBAL Diala

"Conséquence de la sécheresse sur les structures modélisation couplée atmosphère -thermo-poreux mécanque"

Directeur de Thèse : SHAHROUR Isam
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Erasmus mundus
date de début : 23/10/2010
date de soutenance : 23/10/2013
ER1 Par : TALEB Maria

Caractérisation multiphysiques et échelles de bétons imprimés à base de granulats recyclés en fonction des conditions de séchage

Directeur de Thèse : CHICOT Didier
Co-directeur : BULTEEL David
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Financement étranger
date de début : 01/11/2019
date de soutenance : 28/09/2022
ER1 Par : TAMOUD Abderrahman

Mécanique multi-échelle et multiaxiale des composites souples multicouches : Application à l'annulus fibrosus humain

Directeur de Thèse : ZAIRI Fahmi
Co-directeur : MESBAH A (Algérie)
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Bourse étrangère
date de début : 01/10/2018
date de soutenance : 01/12/2021
ER1 Par : TRAD Rim

Multi scale hydro mechanical modling of failre in rocks under hydraulic loading

Directeur de Thèse : MROUEH Hussein
Co-directeur : SADEK Marwan
Supervisor : BIAN Hanbing
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Bourse Industrie
date de début : 01/11/2018
date de soutenance : 20/12/2021
ER1 Par : WAN Jianhong

Numerical simulation for the interfacial shear behavior of fiber-reinforced polymer piles in marine clay

Directeur de Thèse : ZAOUI Ali
Co-directeur : Li X.
Co-tutelle : oui
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Bourse (China Scholarship Council)
date de début : 01/09/2021
date de soutenance : 07/11/2023
ER1 Par : WEI Pengchang

Ice-water phase transition process and mechanical properties of montmorillonite using molecular simulation

Directeur de Thèse : ZAOUI Ali
Supervisor : ZHENG Yuanyuan
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Bourse (China Scholarship Council)
date de début : 07/10/2021
date de soutenance : 07/11/2023
ER1 Par : YAN Zhu

Mécanique du polyéthylène par dynamique moléculaire et modélisation constitutive multi-échelle

Directeur de Thèse : ZAIRI Fahmi
Co-directeur : ZAOUI Ali
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Bourse étrangère
date de début : 01/10/2018
date de soutenance : 14/12/2022
ER1 Par : YANG Wei

Molecular dynamics simulations of trange adsorption equilibrium on to clay surfaces

Directeur de Thèse : ZAOUI Ali
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Bourse du ministère
date de début : 05/10/2010
date de soutenance : 05/05/2014
ER1 Par : YASEEN Muhammad

Interaction lumière matière dans les géomatériaux: caractérisation et modification des propriétés

Directeur de Thèse : SHAHROUR Isam
Co-directeur : ZEMMOURI J.
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : contrat doctoral Université Lille 1
date de début : 10/10/2011
date de soutenance : 14/12/2014
ER1 Par : ZAITER Hadia

Contribution à la modélisation de l’impact du passage d’un tunnelier sur des fondations profondes

Directeur de Thèse : MROUEH Hussein
Co-tutelle : non
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Projet ANR
date de début : 28/11/2022
ER1 Par : ZHANG Hualin

Numerical approach of the mechanical behavior of marine sediments containing methane hydrate

Directeur de Thèse : BIAN Hanbing
Co-directeur : JIA Yu
Co-tutelle : oui
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Bourse
date de début : 01/09/2021
ER1 Par : ZHANG Li-lan

Investigation of Higher-strength Geopolymers for Civil Engineering Applications

Directeur de Thèse : ZAOUI Ali
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Bourse (China Scholarship Council)
date de début : 01/09/2021
ER1 Par : ZHOU Wantian

Contribution sur les comportements mécaniques des sédiments Gas-hydrate sous sollicitations couplées thermo-hydro-mécaniques

Directeur de Thèse : BIAN Hanbing
Co-directeur : MROUEH Hussein
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Contrat doctoral
date de début : 01/09/2021
ER1 Par : ZHU Xiao-Dong

Nanoscale Modeling of Smart Nano-Engineered Cementitious Composites

Directeur de Thèse : ZAOUI Ali
Établissement d'affectation : Lille University
Financement : Contrat doctoral
date de début : 01/10/2020