>>> Mesgouez Arnaud

Activités de Recherche: mécanique ondulatoire des milieux poreux et élastiques, mécanique des écoulements en milieux poreux, applications aux Sciences du sol: travaux d'ordre théoriques de type semi-analytiques et travaux d'ordre numériques, de type éléments finis- différences finies avec ou sans calcul parallèle.

Activités d' Enseignement: département de Physique, Licence et Master d'Enseignement de Sciences Physiques.

Tel: +33 (0)4 90 14 44 63
arnaud.mesgouez@univ-avignon.fr
Enseignant - Chercheur / Maître de Conférences

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Coordonnées

Structure(s) de rattachement

UMR EMMAH Environnement Méditerranéen et Modélisation des Agro-Hydrosystèmes
Département Physique
UFR-ip Sciences, Technologies, Santé

Disciplines enseignées

 

Première Année Classe Préparatoire Concours Communs Polytechniques Concours  Deug : programme MP.

 

Master d'Enseignement M1 et M2: préparation à l’écrit en Physique au CAPES externe de Sciences Physiques sur les trois thématiques suivantes : optique géométrique et ondulatoire, ondes et vibrations, mécanique du point, des systèmes et du solide.

Physique Numérique (Licence 3, depuis  2008): cours - TP : bases de programmation en C++, recherche des zéros d'une fonction en 1D, interpolation numérique, intégration numérique, résolution de systèmes linéaires, résolution des équations différentielles ordinaires d'ordre 1 et 2.

Optique (Licence 2) : cours  – TD : fondements de l’optique géométrique, études des dioptres, miroirs et lentilles, applications aux instruments d’optique et bases de l’optique ondulatoire, notions de diffraction et d’interférences lumineuses.

Optique (Licence 2) : TD – TP : compléments en optique géométrique et ondulatoire.

Mécanique du point (Licence 1, années 2006-2009) : cours – TD : cinématique et dynamique du point matériel, approche énergétique en mécanique newtonienne, oscillations et vibrations libres, amorties et forcées.

Thermodynamique (Licence 1, années 2006-2008) : cours – TD : notion de pression et de température, définition du gaz parfait, premier et second principe de la thermodynamique, applications aux machines thermiques et aux changements d’états.


Thème(s) de recherche

Axe de recherche n°1: développement d’outils semi-analytiques de résolution de problèmes physiques à base d’équations aux dérivées partielles

 

Les méthodes semi-analytiques sont des approches intégrales alliant des développements théoriques, conduisant à une solution analytique, avec du calcul numérique. Elles permettent de mieux appréhender les phénomènes physiques liés aux problèmes modélisés par des équations aux dérivées partielles. Elles permettent également de disposer de benchmarks, d’une part pour la validation de code de calculs, d’autre part pour la comparaison avec des résultats expérimentaux.
Nos approches font appel aux notions suivantes : décompositions de Helmholtz, transformées de Fourier ou de Hankel sur les variables d'espace, transformée de Fourier/Laplace temporelle pour le régime transitoire, conditionnement de systèmes matriciels, résolution de systèmes algébriques. La solution, éventuellement sous forme matricielle et/ou intégrale, est obtenue dans le domaine transformé de Fourier / Hankel (nombre d’onde - fréquence). Le retour dans le domaine spatio-temporel est ensuite effectué numériquement par un algorithme de transformée de Fourier rapide inverse (IFFT), par des algorithmes spécifiques  de type Filon, en particulier pour gérer l’intégrale de Hankel lors de problèmes axisymétriques transitoires, ou encore par des méthodes de type Cagnard-De Hoop.

Les approches intégrales sont développées dans le cadre de l'étude des problèmes suivants:
* propagation d’ondes mécaniques en milieux poro(visco)élastiques et (visco)élastiques en régimes stationnaires ou transitoires, sous excitations fixes ou mobiles, avec applications aux Sciences du sol,
* processus d'écoulements d’eau en milieux poreux hétérogènes partiellement saturés en régime linéarisé.

Une illustration des résultats obtenus est proposée dans le cadre de l’étude de la propagation d’ondes mécaniques en milieux poro(visco)élastiques (et (visco)élastiques) pour des régimes transitoires. Ici,  nous nous intéressons plus spécialement aux déplacements solides et à la pression fluide engendrés par une sollicitation externe (ou interne), de type ondelette de Ricker , au massif poreux homogène ou hétérogène multicouches. L'illustration suivante propose les champs de déplacements-pression en surface d'un massif poreux, de type Berea Sandstone,  hétérogène par morceaux sous impulsion de type Ricker. L'influence de la perméabilité et la fréquence d'excitation permet de mettre en évidence l'existence de différents types d'ondes de compression (notamment P2), de cisaillement et de surface. Ci-dessous est tracée l'évolution temporelle du déplacement relatif solide-fluide d'un milieu tri-couches poroélastiques à "haute" fréquence pour un point d'observation situé en profondeur.  

 

 

 

 

 

Axe de recherche n°2: Développement d’une plateforme de simulation numérique par élements finis - différences finies FAFEMO


Un outil de simulation numérique FAFEMO (pour Fast Adaptive Finite Element Modular Object) programmé en C++ orienté objet est développé et maintenu au sein de l’UMR EMMAH. La gestion numérique des équations différentielles régissant la problématique 2D ou 3D à simuler est abordée par éléments finis en espace et par différences finies en temps. Les algorithmes de résolution temporelle sont spécifiques à chaque type de problème physique traité mais conserve la structure du code en objets.
La plateforme numérique FAFEMO est constituée de 5 objets, chacun correspondant à une étape clef de la méthode des éléments finis et de sa résolution temporelle : i) gestion du maillage (Gmsh, Gid, Tecplot…), des conditions aux limites et initiales du problème physique simulé; ii) objet élément T3 ou TH4; iii) objet matrices élémentaires associées au problème ; iv) assemblage ; v) algorithmes de résolution temporelle d'ordre 1 ou 2 en temps.
Les possibilités de la plateforme sont les suivantes : gestion de problèmes linéaires ou non linéaires, algorithme efficace de résolution de système linéaire par stockage creux, décomposition LU ou résolution itérative (gradient conjugué, pré-conditionnement, etc...) ad-hoc, interfaçage avec des librairies optimisées de type  PETSC.
Afin d’aborder la modélisation de problèmes 3D réalistes présentant un grand nombre de degrés de liberté (de l'ordre du million), une parallélisation par décomposition de domaine est effective. Elle fait appel à un modèle de type SPMD en MPI et a été testée sur Jade au Centre Informatique National de l’Enseignement Supérieur (CINES).

Cette plateforme a pour vocation d’être utilisée dans les domaines d’applications suivants:
* propagation d’ondes mécaniques en milieux poro(visco)élastiques et (visco)élastiques, propagation d’ondes électromagnétiques, en régimes stationnaires ou transitoires, 
* processus d'écoulements d’eau en milieux poreux hétérogènes partiellement saturés, en régime transitoire non linéaire.

Une illustration des capabilités de la plateforme est proposée ci-dessous. Dans le cadre d'un projet ANR "AGROnomie et BATiment : incidence des toitures végétalisées sur la performance énergétique des bâtiments selon une approche pluridisciplinaire" où nous sommes partenaire (responsable LEPTIAB, Université de la Rochelle), un modèle numérique basé sur l’équation non linéaire de Richards tridimensionnelle (version parallèlisée linkée avec PETSc) a été développé (méthode de substitution, pas de temps adaptatif fonction de la non-linéarité du problème, estimation de l'erreur, algorithme de Celia avec  EF de Galerkin, matrice masse diagonale). L'objectif est d'obtenir la teneur en eau du milieu hétérogène modélisé et de remonter à la détermination des paramètres effectifs de la TTV. Les références expérimentales acquises sur les subtrats dans le cadre de ce projet servent alors de cas d’études et de validation au modèle numérique.

 

 

 

 

Axe de recherche n°3: études de problèmes inverses.

Cette activité, récente, vise à utiliser des techniques d’inversion pour déterminer des caractéristiques intrinsèques d’un milieu poreux à partir de mesures expérimentales de propagation d’ondes. L'objectif est de caractériser le sol, le sous-sol et son fonctionnement du point de vue structural, mécanique et hydrique. Le problème inverse sera abordé sous l'angle non-linéaire. Plutôt que de linéariser les équations aux dérivées partielles du modèle - dans le but d'obtenir une solution du problème inverse sous la forme d'une fonction linéaire des données - nous proposons d'utiliser un modèle d'interaction onde/milieu complet, sans simplification ou approximation. Le schéma inverse consiste alors à construire une fonction coût qui dépend de l'écart (dans une norme choisie) entre le champ mesuré et le champ calculé. L'identification des paramètres inconnus se fait directement par la recherche des minima de cette fonction coût . Le modèle d'interaction onde / milieux qu'on propose d'utiliser est basé sur une approche semi-analytique du modèle, dans le domaine transformé de Fourier en espace et en temps, cf axe de recherche 1. A termes, des essais numériques, cf axe de recherche 2, et expérimentaux pourront être testés.

 

 

Mots clés :

 

Poroelasticité, théorie de Biot, visocélasticité, méthode semi-analytique, méthode numérique, equation de Richards, milieu poreux saturé ou non saturé, transformée de Fourier, régime transitoire, calcul parallèle, problème inverse.

 

 

Collaborations :

 

* Groupe d’Etude des Matériaux Hétérogènes (GEMH), Université de Limoges, ENSCI, Egletons.
* Equipe Propagation et Imagerie (PI) du Laboratoire de Mécanique et Acoustique de Marseille, UPR CNRS LMA,  Marseille.
* UMR EMMAH, INRA Avignon, projet ANR "AGROnomie et BATiment : incidence des toitures végétalisées sur la performance énergétique des bâtiments selon une approche pluridisciplinaire.
* UMR EMMAH, INRA Avignon, projet Agropolis : Modelling of water and nutrients uptake by plant root systems.
 

 

Reviewer pour les revues suivantes:

 

Transport in Porous Media, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Proceedings of the Royal Society A, Computational Geosciences, Journal of the Acoustical Society of America (JASA), Multidisciplin Modeling in Materials and Structures, Journal of Sound and Vibration. 


Equipe(s) de recherche

 


Biographie

2006-...     Maître de Conférences à l'Université d'Avignon,, UMR EMMAH, département de Physique, UFR Sciences.

2005              Thèse de Doctorat de Mécanique de l’Université d’Avignon soutenue le 26 septembre 2005 devant le jury suivant : H. Gouin – Président, D. Le Houédec, A. Wirgin – Rapporteurs, H. Bolvin, A. Chambarel, L. Di Pietro – Examinateurs.

Titre : Etude numérique de la propagation des ondes mécaniques dans un milieu poreux en régime impulsionnel.

Directeur de thèse : Pr. A. Chambarel, UAPV.

2001-2006     Professeur Agrégé à l’Université d’Avignon (PRAG), IUT d’Avignon, département Génie du Conditionnement et de l’Emballage (GCE) .          

1998-2001     Professeur Agrégé à l’Université de Rennes I (PRAG), IUT de Saint-Brieuc, département Science et Génie des Matériaux (SGM).

1997              Agrégation de Sciences Physiques, option Physique.

1996              Diplôme d’Etudes Approfondies de Mécanique et Energétique, option Mécanique, ENSEM - Université de Nancy I (Institut National Polytechnique de Lorraine).

1996               Diplôme d’Ingénieur de l’Ecole Nationale Supérieure d’Electricité et de Mécanique de Nancy (ENSEM).

1994-1995     Licence et Maîtrise de Mécanique, Université de Nancy I. Elève Ingénieur en première et deuxième année à l’ENSEM.

1992-1993      Classes préparatoires aux Grandes Ecoles, lycée Chateaubriand à Rennes.


Publications

Articles dans des revues et ouvrages de synthèse d’audience internationale à comité de lecture:

 

15. Chahour K., Lefeuve-Mesgouez G., Mesgouez A. "Spectral analysis of a railway track in contact with a multilayered poroviscoelastic soil subjected to a harmonic moving load", Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Volume 64, 24-37, 2014, dx.doi.org/10.1016/j.soildyn.2014.04.006.

14. Mesgouez A., Buis S., Ruy S., Lefeuve-Mesgouez G. "Uncertainty analysis and validation of the estimation of effective hydraulic properties at the Darcy scale",  Journal of Hydrology, Volume 512, 303-314, 2014, dx.doi.org/10.1016/j.jhydrol.2014.02.065, PDF

13. Capeillère J., Mesgouez A., Lefeuve-Mesgouez G. "Axisymmetric wave propagation in multilayered poroelastic grounds due to a transient acoustic point source", Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Volume 52, 70-76, 2013, dx.doi.org/10.1016/j.soildyn.2013.05.003, PDF

12. Beudez N., Doussan C., Lefeuve-Mesgouez G. and Mesgouez A. "Influence of Three Root Spatial Arrangement on Soil Water Flow and Uptake. Results from an Explicit and an Equivalent, Upscaled, Model", Procedia Environmental Sciences, Volume 19, 37-46, 2013, dx.doi.org/10.1016/j.proenv.2013.06.005, PDF

11. Lefeuve-Mesgouez G., Mesgouez A., Ogam E., Scotti T., Wirgin A.  "Retrieval of the physical properties of an anelastic solid half space from seismic data",  Journal of Applied Geophysics, Volume 88, 70-82, 2013, dx.doi.org/10.1016/j.jappgeo.2012.09.010, PDF

10. Lefeuve-Mesgouez G., Mesgouez A., Chiavassa G., Lombard B. "Semi-analytical and numerical methods for computing transient waves in 2D acoustic / poroelastic stratified media", Wave Motion, Volume 49, 667-680, 2012, dx.doi.org/10.1016/j.wavemoti.2012.04.006, PDF

9. Lefeuve-Mesgouez G., Mesgouez A. "Three-dimensional dynamic response of a porous multilayered ground under moving loads of various distributions", Advances in Engineering Software, Volume 46, Issue 1, 75-84,  2012. PDF

8. El Ayadi A., Picoux B., Lefeuve-Mesgouez G., Mesgouez A., Petit A. "An improved dynamic model for the study of a flexible pavement", Advances in Engineering Software, Volume 44, Issue 1, 44-53,  2012. PDF

7. Mesgouez A. ,Lefeuve-Mesgouez G. "Transient solution for multilayered poroviscoelastic media obtained by an exact stiffness matrix formulation", International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 33, 1911-1931, 2009. PDF

6. Mesgouez A., Lefeuve-Mesgouez G.  "Study of transient poroviscoelastic soil motions by semi-analytical and numerical approaches", Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Volume 29, Issue 2, Pages 245-248, 2009. PDF

5. Lefeuve-Mesgouez G., Mesgouez A. "Ground vibration due to a high-speed moving harmonic rectangular load on a poroviscoelastic half-space", International Journal of Solids and Structures, Volume 45, Issues 11-12, Pages 3353-3374, 2008. PDF

4. Terekhov A., Mesgouez A., Lefeuve-Mesgouez G., "Transient Mechanical Wave Propagation in Semi-Infinite Porous Media using a Finite Element Approach with Domain Decomposition Technology", Lecture Notes in Computer Science, 4671, 174-183,  2007.

3. Mesgouez A., Lefeuve-Mesgouez G., Chambarel A.,  Fougère D., "Numerical modelling of poroviscoelastic grounds in the time domain using a parallel approach", Lecture Notes in Computer Science,  3992, 50-57, 2006.

2. Mesgouez, A., Lefeuve-Mesgouez, G., Chambarel, A., "Transient mechanical wave propagation in semi-infinite porous media using a finite element approach", Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2005, 25 (6), 421-430. 2005.

1. Mesgouez A., Lefeuve-Mesgouez G., Chambarel A., "Simulation of transient mechanical wave propagation in heterogeneous soils", Lecture Notes in Computer Sciences,  3514, 647-654, 2005.

 

Communications à des congrès internationaux à comité de sélection et actes publiés:

9. K. Chahour, G. Lefeuve-Mesgouez, A. Mesgouez, A. Bouheraoua, A. Laribi, "Dynamic Analysis of a Porous Layered Medium under a Load Moving along a Railway Track", in B.H.V. Topping, (Editor), "Proceedings of the Eighth International Conference on Engineering Computational Technology", Civil-Comp Press, Stirlingshire, UK, Paper 96, 2012. doi:10.4203/ccp.100.96

8. Chiavassa G., Lombard B., Lefeuve-Mesgouez G. & A. Mesgouez.  Time domain modeling of wave propagation in 2D acoustic porous media. Symposium of the Acoustics of Poro-Elastic Materials, 14-16 déc. 2011, Ferrara (ITA).

7. Lefeuve-Mesgouez G., Mesgouez A., Stiffness Matrix Formulation for Poroviscoelastic Multilayered Ground Subjected to Moving Loads, 4th Biot Conference on Poromechanics, June 08-10, 2009, Columbia Univ New York NY, PORO-MECHANICS IV , 793-798, 2009.

6. Mesgouez A; Lefeuve-Mesgouez G., Semi-Analytical Approach for Homogeneous and Multilayered Porous Ground Vibrations Due to Transient Excitations, 4th Biot Conference on Poromechanics, June 08-10, 2009, Columbia Univ New York NY, PORO-MECHANICS IV, 799-804, 2009.

5. Picoux B., El Ayadi A., Lefeuve-Mesgouez G., Mesgouez A., Petit C., Improvement of a dynamic model for the study of a damaged flexible
pavement, The Twelfth International Conference on Civil, Structural and Environmental Engineering Computing, Funchal Madeira Island, 1-4 September 2009, Paper CC117, ed. Civil-Comp Press, 13 pages

4. Lefeuve-Mesgouez G., Mesgouez A., Vibrations due to  moving harmonic loads on a porous multilayered ground, ECT 2008, The Sixth International Conference on Engineering Computational Technology, Athens, Greece, 2-5 September 2008, paper ECT176, ed. Civil-Comp Press, 11 pages.

3. Lefeuve-Mesgouez G., Mesgouez A., Bolvin H., Chambarel A., Surface vibration of porous media: wavenumber and spatial results, CST 2006, Proceedings of the Eighth International Conference on Computational Structures Technology, Las Palmas de Gran Canaria, Spain 12-15 September 2006, paper 149 from ISBN 1-905088-08-6 (2006), ed. Civil-Comp Press 10 pages.

2. Mesgouez A., Lefeuve-Mesgouez G., Chambarel A., Partially Saturated Porous Medium Vibration Induced by an Impulsional Load, III European Conference on Computational Mechanics Solids, Structures and Coupled Problems in Engineering ECCM 06, ECCOMAS European Community on Computational Methods in Applied Sciences, Lisbon, 5-9 June 2006, ed. C. A. Mota Soares 13 pages.

1. Mesgouez A., Lefeuve-Mesgouez G., Chambarel A., Numerical approach of Biot’s equations for transient regimes: study of mechanical couplings, EURODYN’ 05, Sixth International Conference on Structural Dynamics, organisée par The European Association for Structural Dynamics, Paris, France, 4-7 Septembre 2005, ed. Millpress, Rotterdam, ISBN 90 5966 033 1, 2005, Volume 3, pages 1715-1721.


Communications à des congrès nationaux à comité de sélection et actes publiés:


2. Mesgouez A., Lefeuve-Mesgouez G., Propagation d’ondes dans un milieu poroélastique multicouches, 19ème Congrès Français de Mécanique de l’AUM, Marseille, 24-28 Août 2009, CD-Rom (6 pages).

1. Mesgouez A., Lefeuve-Mesgouez G., Chambarel A., Etudes semi-analytique et numérique de la propagation des ondes mécaniques dans un milieu poreux en régime transitoire, 18ème Congrès Français de Mécanique de l’AUM, Grenoble, 27-31 Août 2007, CD-Rom (6 pages).


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