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Quelle contribution de l'enseignement et de la recherche aux évolutions de la géotechnique dans un contexte de

transition énergétique et de génie civil durable ?

14 juin 2017

Fabrice EMERIAULT

Introduction

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Solscope 2017

2COMITÉ FRANÇAIS DE MÉCANIQUE DES SOLS ET DE GÉOTECHNIQUE

• Le contexte enseignement et recherche

• La géotechnique d’hier et de demain

• Génie civil durable et transition énergétique

• Quelle contribution de l’enseignement ?

• Quelle contribution de la recherche ?

• Conclusions et propositions

Prévision et gestion de la

ressource

Conversion et transport

Distribution usages

Ense3 : l’école de l’Énergie, l’Eau et l’Environnement

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Fabricants

Équipementiers

Ingénierie

Production et gestion de ressources

Distributeurs Transporteurs Installateurs

Services Clients

Une large palette de métiers et de carrièresUne employabilité sur le long terme

3 enjeux avec une forte convergence industrielle

Une offre formation diversifiée

Le cursus ingénieurs(2 filières communes avec GI et Phelma)

Tronc commun

Ingénierie de l'Energie Electrique

Mécanique et Energétique

Ingénierie de l’ Energie Nucléaire

Systèmes Energétiques et Marché

Hydraulique Ouvrages et Environnement

Automatique Systèmes et Information

Signal Image Communication Multimédia

Ingénierie de Produits

6 masters Recherche(Co-habilités avec l’UGA)

Les masters internationaux

Hydraulic and Civil Engineering

Electrical Engineering for Smart grids and buildings (KIC InnoEnergy)

FME (Fluid Mechanics and Energetics )

Mastère Spécialisé avec Grenoble Ecole de Management

Management & Marketing de l'Energie

25 Juin 2014

Commission Perfectionnement Orientation

5

1000 Etudiants ingénieurs

200 Etudiants de Master International

30% d’étudiantes

20 % d’étudiants étrangers

Laboratoire 3SR: Sols, Solides, Structures et Risques

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• Unité Mixte de Recherche commune à une tutelle

nationale – CNRS INSIS – et deux locales – Université

Grenoble Alpes et Grenoble INP

• Un laboratoire spécialisé dans l’expérimentation et la

modélisation en mécanique des matériaux, des solides et

des structures, notamment dans le domaine du Génie Civil

• 2 domaines de recherche :

– Risques environnementaux et technologiques

– Comportement mécanique et tenue en service

• Approfondissement des connaissances en mécanique des

matériaux, des géomatériaux et des ouvrages basé sur un

dialogue entre modèles théoriques, modélisations

numériques et expérimentation de laboratoire sur des

équipements uniques

Au total 120 personnes

Nombreux partenaires institutionnels et

industriels 3 équipes de

recherche

Environ 40 chercheurs et enseignants-chercheurs

La géotechnique du XXème siècle

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• Le temps des pionniers et des grandes avancées

• Le temps de la croissance urbaine, de l’aménagement du territoire et des grands projets

• Intimement liée au secteur du Génie Civil

• Essentiellement monodisciplinaire: mécanique + hydraulique + géologie

• Problématique n° 1: la résistance des ouvrages

• Des approches manichéennes dans le développement de connaissances fondamentales• Sol sec ou saturé

• Sable ou argile

• …

• Des approches simplifiées et pragmatiques dans le développement de connaissances pratiques• Relation empiriques

• Corrélations

La géotechnique 2.0

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• Les problématiques antérieures restent vraies mais …

• Les sollicitations sont plus complexes (chargements répétés)

• Elles sont multiphysiques (THM + C + B) et en forte interaction

• Une complexité accrue des projets d’aménagement:

• Le terrain et son environnement ne sont pas vierges

• Les sols sont moins « bons » et anthropisés

• Les interactions avec l’environnement plus complexes à analyser (même au niveau purement mécanique)

• Elles nécessitent des moyens de calcul numérique sophistiqués

• Elles requièrent une connaissance plus fine du site et de son histoire

La géotechnique 2.0

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• Des matériaux de construction « nouveaux »

• Des méthodes de construction et de suivi plus complexes

• … et surtout il faut tenir compte d’autres aspects non « techniques »,

• … et de l’environnement « numérique »!

Génie civil durable et transition énergétique

• Quelques évolutions depuis le début de la Révolution Industrielle

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• Prise de conscience récente que les ressources sont finies

• Et que développement technique et technologique ne rime pas nécessairement avec progrès

• Apparition du Concept de Développement durable:

– Développement qui répond aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs

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• Selon Dixit et al. (2010), l'industrie de la construction:

• représente environ 40% de la consommation mondiale d'énergie

• et contribue pour environ deux tiers à l’épuisement des réserves de sable, de gravier et de pierre chaque année.

• Elle contribue à la diminution de l'ozone, à la désertification, à la déforestation, à l'érosion des sols et à la pollution des terres, de l'eau et de l'air (Kibert, 2008).

• Ainsi elle contribue au réchauffement climatique et à ses effets:• Réduction de la ressources en eau

• Augmentation des niveaux et fréquences d’évènements extrêmes (précipitations)

• Augmentation du niveau des océans et érosion associée

• Mais elle peut également contribuer de manière très importante à l’amélioration de la situation!


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• Contexte de la Transition énergétique: - Outil qui met en avant notamment les problématiques de production/stockage d’énergie

- Avec notamment un objectif de diminution des consommations moyennes et pics

- Et de production locale ou décentralisée

- Basée sur les EnR (PV, éolien, géothermie, …)

• Développement associé:

• De marchés de l’énergie

• Du concept de Smart Grids

Quelle contribution de l’enseignement ?

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• Avant tout, bien prendre conscience :

• Que nous n’avons pas la solution du problème !• Le problème est « mal posé » et nous ne pouvons expérimenter à échelle réduite.

• La réponse n’est pas que technique: pour être efficace, elle doit être acceptée.

• Il faut pouvoir répondre aux besoins de toutes les populations

• Et que étudiants et formateurs avanceront ensemble!

• Que les étudiants ont d’autres attentes et modes de fonctionnement: • Génération Y - Quête de sens

• Génération Z - Digital natives

• Une appétence pour les problématiques environnementale et sociétale

• La révolution du numérique: • Qui peut prédire ce que sera le paysage dans 20 ans ?


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• Conserver les enseignements fondamentaux:• Mécanique des sols

• Hydraulique des sols

• Géologie (de l’ingénieur)

• Culture Génie Civil

• Donner des connaissances nouvelles en:• Thermique

• Chimie

• Biologie

• Matériaux

• Mais il faut définir le socle minimum commun et les approfondissements possibles

• Et insister sur la bonne appréhension des phénomènes, des interactions et couplages

• Ne pas oublier également des connaissances générales en:• Numérique

• Instrumentation et mesure

• Traitement de l’information (Signal et Automatique)

• Outils d’analyse de systèmes complexes – Evaluation du risque


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• Conséquences sur les objectifs des activités de formation:• Multidisciplinarité et Interdisciplinarité

• Internationale et interculturelle

• Créativité et innovation

• Gestion de la complexité et de l’incertain

• Capacité d’auto-formation

• Réduction du temps d’enseignement ex-cathedra

• Pratiques pédagogiques nouvelles:• Pédagogie inversée, Apprentissage Par Problème

• Activités de projets – problématiques concrètes et gestion de la complexité

• Activités de créativité et d’innovation - sortir du cadre, prendre des risques:» Hackathon et séminaires de créativité

» Projets de R&D en réponse à une problématique concrète (PME, TPE, start-up)

• Auto-formation: » MOOC

» Ressources en ligne


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Un MOOC « choral », multidisciplinaire et Nord-Sud Séminaire de créativité 2016, 9 défis, 36 équipes de 9 étudiants

Associations étudiantes

Quelle contribution de la profession pour l’enseignement ?

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• Bien sûr une expertise technique: interventions et cours

• Des sujets de projets concrets et mis dans leur contexte

• Des sujets de Séminaires de créativité et de Hackathon

• Des sujets de R&D issus de PME/TPE

Quelle contribution de la recherche ?

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• Contexte:• Recherche partenariale – ouverture vers l’entreprise

• Constitution de grands pôles – grands équipements

• Nouvelles sources de financement

• Recherche Globale - locale

• Conséquences sur les activités de recherche:• Interdisciplinarité / multidisciplinarité

• Multi-échelles

• Multiphysique

• Outils et structures de financement:• Projets Nationaux, Projets Européens, H2020

• ANR, FUI, AAP ADEME

• ANRT, CIR

• Institut Carnot


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• Les domaines d’application visés par les recherches:• Ouvrages pour l’énergie• Risques naturels• Réduction de l’empreinte carbone: nouveaux matériaux, ré-utilisation, recyclage• Amélioration des sols - traitement

• Utilisation du sous-sol• Etat de santé – diagnostic non intrusif• Outils d’aide à la décision

• Les outils:• Numériques: développement des méthodes FEM, DEM, SPH, MEFPIL• Expérimentation à petite échelle: Tomographie RX, Neutron et reconstruction numérique• Expérimentation multi-échelle: expérimentation hybride

• Les interactions avec d’autres domaines scientifiques:• SHS• Data scientist: data mining, traitement signal,• Physique, chimie, biologie


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• Illustration sur les aspects énergie:

• Fondations éoliennes (monopieux, fondations gravitaires, …) ANR et PN SOLCYP, PIA EMR ITE SOLCYP+

• Fondations hydroliennes PIA ADEME Pile and Tide

• Fondations énergétiques (pieux, parois, systèmes passifs) ANR GECKO

• Illustration sur les aspects risques naturels et renforcement de sol:

• Bio-Renforcement des ouvrages hydrauliques FUI BOREAL

• Risque Cavités et Geotextile RAFAEL, FUI GEOINOV, ADEME REGIC

• Transition sol-fluide: coulées boueuse, avalanches

• Illustration sur les aspects « fondamentaux »:

• Grain crushing et usure

Conclusion

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• Génie civil durable et transition énergétique: un passage obligé

• Une profonde refonte des objectifs de l’enseignement et des pratiques associées

• Des défis majeurs en matière de recherche

• Des interactions plus fortes entre entreprises de toutes tailles, enseignement et recherche

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Merci de votre attention !

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