Ce mémoire comporte six chapitres. Le premier chapitre passe en revue les problèmes des sols argileux gonflants dans le monde et au Maroc, décrit leurs propriétés physiques et mécaniques, leur nature minéralogique et leur structure, en insistant sur leur comportement lors de l'humidification. Le deuxième chapitre analyse, sur la base des travaux de l'auteur, les différentes pathologies induites dans les bâtiments par le gonflement des sols argileux du Maroc. Les deux chapitres suivants portent sur le calcul des efforts dans les fondations superficielles et de leurs tassements ou gonflements : le chapitre 3 analyse les modifications des contraintes qui sont induites dans les fondations superficielles en béton armé par le gonflement non homogène du sol que provoque l'humidification du massif de sol à partir d'une source d'eau qui peut avoir une position quelconque par rapport à la structure. Le chapitre 4 étudie l'effet de la charge transmise par la fondation sur l'état des contraintes dans le sol et sur les déformations qui se développent en cas d'humidification, qui peuvent être des tassements ou des gonflements suivant les valeurs de la pression de gonflement et de la contrainte verticale dans le sol. Les deux derniers chapitres du mémoire décrivent une étude expérimentale de chargement de fondations superficielles sur des sols gonflants, réalisée dans la ville d'Ouarzazate : le chapitre 5 présente les résultats de l'étude en laboratoire et leur interprétation en termes d'effet de la teneur en eau sur les déformations, la perméabilité et la résistance des sols à deux niveaux sous les fondations. Le chapitre 6 décrit l'expérimentation en vraie grandeur, donne les résultats des essais réalisés sur les quatre fondations superficielles à différents instants du processus d'humidification et de séchage du sol et les interprète à la lumière des résultats des essais de laboratoire et des formules de calcul développées dans les chapitres précédents.

L'augmentation constante du dioxyde de carbone dans l'atmosphère est considérée comme étant la cause principale du réchauffement climatique actuel. La séquestration géologique du CO2 semble être une des meilleures solutions envisageable pour réduire les rejets des gaz à effet de serre (dont le CO2) dans l'atmosphère, seulement si l'intégrité de la couverture du réservoir est préservée sur des centaines ou des milliers d'années. Des simulations expérimentales en batch ont été réalisées afin d'observer la réactivité d'une roche de couverture argileuse et d'une roche réservoir carbonatée en présence de CO2 à 80°C et 150°C pour une pression de 150 bar avec une eau équilibrée. Le protocole analytique mis en place a permis de comparer les roches avant et après expérimentation concluant à une réactivité très faible, centrée sur l'aluminium au niveau des phyllosilicates. Les analyses texturales montrent que le CO2 n'a pas d'incidence sur les propriétés d'adsorption et sur la surface spécifique. L'étude des carbonates du réservoir par la microscopie confocale a permis de mettre en évidence des phénomènes de dissolution-précipitation qui n'ont cependant pas d'impact important sur la chimie et la structure du réservoir. Les simulations numériques réalisées sur des minéraux de référence comme la montmorillonite calcique ou le clinochlore montrent une réactivité importante en présence de CO2 non atteinte expérimentalement, certainement due à des lacunes dans les bases de données thermodynamiques ou à la cinétique des réactions. Les simulations sur Bure ne montrent pas de réactivité sur les minéraux majeurs de la marne argileuse confirmant les résultats obtenus en expérimentation batch.

Les exopolysaccharides d'origine microbienne (EPS) jouent un rôle déterminant dans la stabilisation des agrégats du sol en s'associant avec les argiles minérales. Dans le cadre de ces travaux de recherche, nous nous sommes intéressés à l'étude des interfaces argile/EPS à l'échelle moléculaire par modélisation moléculaire. La montmorillonite sodique (Na-MMT) a été choisie comme modèle représentatif de l'argile minérale et plusieurs EPS ont été considérés : le dextrane, le MWAP71, le xanthane, le KYGT207, le rhamsane, YAS34 et le succinoglycane. Nous avons abordé deux aspects : (a) l'adsorption des unités constitutives des EPS sur la surface basale de Na-MMT, et (b) les relations établies entre les différences molécules dans des complexes argile/EPS/eau. Tous les EPS considérés présentent une affinité par la surface minérale, les interactions établies aux interfaces sont multiples, elles peuvent être ioniques, hydrophobes et des liaisons hydrogène. Nous avons constaté une corrélation linéaire entre l'enthalpie d'adsorption et la surface en contact. L'analyse des structures indique que le facteur déterminant pour l'adsorption est l'habilité des EPS à se déplier pour maximiser la surface en interaction. Pour les complexes argile/EPS/eau, les modèles montrent que l'interaction avec l'eau est la plus forte aux taux d'hydratation les plus faibles, montrant que le système s'oppose à la dessication. En revanche, l'interaction de l'EPS avec la surface de l'argile évite la dispersion des feuillets quand il y a un excès d'eau. Les résultats obtenus par modélisation présentent une bonne corrélation avec les observations expérimentales.

La barrière imperméable de couverture de l'Installation de Stockage de Déchets très faiblement radioactifs (ISD TFA) étudiée est composée d'une couche d'argile et d'une géomembrane. Ce concept de stockage de surface est comparable à une ISD dangereux (classe 1).<br />L'argile de couverture d'une ISD doit conserver ses propriétés, notamment sa perméabilité doit rester inférieure à dix puissance moins neuf mètre par seconde, durant toute la période de suivi du site et ceci malgré les sollicitations qui peuvent engendrer de la fissuration. Parmi ces sollicitations, les tassements différentiels des déchets sous-jacents, engendrant de la flexion, sont une des sollicitations les plus critiques envisageables. La réglementation actuelle concernant la mise en œuvre en couverture d'une couche d'argile présente des lacunes, notamment en ce qui concerne la prise en compte de la déformabilité de l'argile.<br />L'étude présentée a pour intérêt de coupler des essais de laboratoire (essais de flexion 4 points et essais de traction indirecte par fendage et par poinçonnement) à des planches d'essais de flexion in situ réalisées en grandeur réelle et à leur modélisation en centrifugeuse. Ces essais ont également été modélisés numériquement par éléments finis. On montre une bonne compatibilité des résultats notamment en ce qui concerne la définition des conditions d'initiation de la fissure par flexion ce qui a permis d'étendre l'étude à des cas non traités in situ (modélisation numérique d'essais de tassement, étude du renforcement de l'argile en centrifugeuse).

Ce travail a pour objectif l'étude de la réalisation de nanocomposites polypropylène (PP)/argile organophile (org-MMT) par mélange à l'état fondu. Il s'est articulé autour de trois thèmes principaux, qui sont l'effet des compatibilisants de type PP-g-MA et l'influence du procédé d'extrusion bivis sur l'état de dispersion, ainsi que le comportement rhéologique des nanocomposites en régime transitoire. L'importance des compatibilisants (PP-g-MA), et notamment leur concentration dans le système PP/PP-g-MA/org-MMT, a été mise en évidence. Un modèle rhéologique simple (loi de Carreau-Yasuda à seuil), a été proposé pour caractériser quantitativement le degré de dispersion à travers la valeur du seuil d'écoulement. En extrusion bivis, l'état de dispersion dépend fortement des conditions opératoires (vitesse de rotation N et débit Q), principalement du rapport Q/N. Des prélèvements locaux le long des vis ont révélé que l'essentiel de l'exfoliation s'est effectué lors de la fusion. Cette dernière apparaît comme l'étape gouvernant le processus de dispersion en extrusion bivis. Les relations entre le procédé et l'état de dispersion ont également été étudiées à l'aide du logiciel Ludovic©. Enfin, le comportement rhéologique des nanocomposites en régime transitoire a été étudié. On observe un pic de contrainte au démarrage, ainsi qu'un effet de restructuration après un temps de repos. Deux modèles théoriques développés initialement pour des suspensions colloïdales et des suspensions de fibres ont été utilisés pour décrire les phénomènes observés.

L'objectif de ce travail consiste à étudier le comportement des argiles molles de Tunis et la détermination des caractéristiques physiques et mécaniques relevantes. En effet, l'identification des paramètres physiques, minéralogiques, sédimentologiques et mécaniques, d'une part, et l'étude du comportement des argiles molles de Tunis, d'autre part, nous a permis dans un premier volet d'estimer le degré de sensibilité de divers argiles molles de Tunis et de suggérer le processus qui a conféré à ces argiles leur métastabilité. Un modèle physique de développement de la sensibilité dans les argiles molles de Tunis a été élaboré. Les classifications (selon la sensibilité) suggérées par plusieurs auteurs, montrent une divergence des résultats. La proposition d'une classification propre aux argiles molles de Tunis a été élaborée. Dans un deuxième volet l'étude du comportement des argiles molles de Tunis a permis d'abord de confirmer le caractère métastable de ces argiles ; ensuite de trouver l'impact de la sensibilité sur le comportement (triaxial et oedométrique) des argiles molles de Tunis. Enfin une étude du domaine de validité de l'essai pressiométrique dans ces argiles molles de Tunis a montré une importante sous‐estimation du module de cisaillement initial par cette méthode.

Les thèmes de recherche développés dans le mémoire d'HdR se rapportent à l'étude de l'endommagement des géomatériaux. Ils associent toujours des expériences et des modélisations pour répondre à des exigences industrielles. La première partie de l'exposé portera sur l'étude du comportement des bétons de fibres à ultra haute performance (BFUHP). Ce travail de recherche, réalisé à plusieurs échelles, a mis en évidence l'impact d'une hétérogénéité locale sur le comportement global d'une structure en béton. La deuxième partie a pour objet l'étude du comportement des barrières argileuses des centres de stockage de déchets industriels spéciaux. Ce travail de recherche a permis, entre autre, de définir pour l'argile un critère de flexion sans fissuration qui tient compte des conditions de mise en œuvre. Pour ces deux travaux de recherche, la démarche scientifique retenue, a conduit au développement d'expériences spécifiques souvent uniques et non-conventionnelles pour les matériaux étudiés (bitraction sur le béton et flexion sur l'argile). De plus, ce travail a utilisé des modélisations non usuelles dans lesquelles ont été intégrées les particularités relatives aux problèmes posés (couplages modèles d'inclusion et éléments finis, modélisations discrètes et matériaux cohérents). Dans les deux cas l'objectif était de maîtriser la mise en œuvre et le comportement jusqu'à la ruine des matériaux afin d'optimiser leurs performances mécaniques.

How can the suitability of a clay to act as a barrier to the flow of a specified fluid be determined? This question is directly related to the different mechanical and chemical stresses to which a clay barrier will be exposed. In spite of these mechanical and chemical stresses it must be guaranteed that the clay will fulfil its barrier function during the entire required containment period. This required technical life could be very long in engineering terms: 100-10000 years. During this period the clay barrier can neither be repaired nor maintained. Therefore it must be known which chemical or physical reactions will occur and how these reactions will influence the geomechanical properties of the clay. Because there was no standard approach to test the suitability of natural clays as barrier on the long-term, this had to be developed. Based on literature it was shown that the reactions between clays and fluids could be decomposed in reactions on the particle level, the interlayer level and the TOT/TO level of clay minerals: - Micrometer: Reactions on the particle level are the most frequent, the fastest to accomplish (instantaneous when leachate arrives) and have the least impact on the geomechanical properties of clays. It was shown that the double layer theory presents a valuable framework to analyse the changes in geomechanical properties upon clay-leachate contact. The properties of the fluid that are taken into account are the concentration of cations and the relative dielectric constant. Other processes on the particle level not captured by the double layer theory are e.g. the dissolution of calcitic cement and the oxidation of pyrites. The acids produced by the latter process influence reactions on the lower interlayer and TOT/TO level as well. It was shown that the natural clays possess themselves a rich variety of cations. These concentrations must be included in the analysis. New tools developed on the particle level were: - Integration of the chemical composition of the natural fluid contained in the clay in further analyses. - The discretisation of clay samples into a discontinuous but homogeneous assembly of discrete clay particles (finite element mesh) with the use of information from petrographical studies of thin sections and oedometer tests. - The implementation of a constitutive law into a numerical code to simulate the interparticle distance to interparticle fluid chemistry and mechanical stress. - Nanometer: Reactions on the interlayer level include clay mineral alteration processes. To link these processes to geomechanical properties, the clay mineral sample preparation was modified to include all clay minerals and not only the fraction smaller than two micrometers. Next a method was developed to link clay mineralogy to geomechanical properties (equivalent basal spacing). New tools developed on the interlayer level were: - The equivalent basal spacing (EBS) - Relation between the equivalent basal spacing and the liquid limit With these tools a link can be made between the clay mineralogy and geomechanical properties. Leachate - clay interactions can be analysed as well as other processes like the mixing of clays and the reactions of clays upon heating etc. - Ångström: Reactions on the TO/TOT level include the disintegration of TO arrangements, which will result in a complete destruction of a clay mineral. Of all three levels considered, changes on the TO/TOT level will cause the greatest change in geomechanical properties. Fortunately the processes on this TOT/TO level take a long history of subsequent physical and chemical reactions (hundreds to thousands of years in situ). Because changes on this level fail to be reproduced in the laboratory one must rely on natural analogues. New tools developed on the TO/TOT level were: - The link between the clay leached in the laboratory to natural analogues using thin sections and XRD diffraction analysis. Examples are shown that the aforementioned approach can be applied in any geomechanical problem involving clays.

Dans le cadre du Projet National SOLCYP, le présent travail avait pour but d'étudier la réponse des pieux sous chargements axiaux pour les phases avant, pendant et après cycles. Pour atteindre cet objectif, une étude expérimentale étendue a donc été réalisée par le moyen de deux compagnes d'essais de chargements cycliques sur différents types de pieux instrumentées (battus, forés, vissés) dans deux sites expérimentaux : le site de Merville dans l'argile surconsolidée des Flandres et le site de Loon-Plage près de Dunkerque dans les sables denses des Flandres. Les essais cycliques comportaient des essais en compression, en traction et alternés avec des séries de cycles à forte amplitude conduisant à la rupture cyclique et des séries d'amplitude modérée à très grands nombres de cycles (N>5 000 cycles).L'interprétation de ces essais a englobé, d'une part, une analyse globale du comportement des pieux sous chargements cycliques notamment (i) la réduction de la capacité du pieu; (ii) le nombre de cycles que le pieu peut support avant la rupture (iii) l'évolution du déplacement en tête des pieux (rigidité cyclique). D'autre part, elle a intégré une étude locale en particulier sur la dégradation du frottement latéral et l'évolution de la résistance de pointe du pieu. Cette thèse, basée sur l'étude expérimentale, a permis la formulation des conclusions pratiques sur le comportement des pieux sous chargements cycliques axiaux et a proposé des perspectives pour bien cerner cette problématique

Dans le cadre du Projet National SOLCYP, le présent travail avait pour but d'étudier la réponse des pieux sous chargements axiaux pour les phases avant, pendant et après cycles. Pour atteindre cet objectif, une étude expérimentale étendue a donc été réalisée par le moyen de deux compagnes d'essais de chargements cycliques sur différents types de pieux instrumentées (battus, forés, vissés) dans deux sites expérimentaux : le site de Merville dans l'argile surconsolidée des Flandres et le site de Loon-Plage près de Dunkerque dans les sables denses des Flandres. Les essais cycliques comportaient des essais en compression, en traction et alternés avec des séries de cycles à forte amplitude conduisant à la rupture cyclique et des séries d'amplitude modérée à très grands nombres de cycles (N>5 000 cycles).L'interprétation de ces essais a englobé, d'une part, une analyse globale du comportement des pieux sous chargements cycliques notamment (i) la réduction de la capacité du pieu; (ii) le nombre de cycles que le pieu peut support avant la rupture (iii) l'évolution du déplacement en tête des pieux (rigidité cyclique). D'autre part, elle a intégré une étude locale en particulier sur la dégradation du frottement latéral et l'évolution de la résistance de pointe du pieu. Cette thèse, basée sur l'étude expérimentale, a permis la formulation des conclusions pratiques sur le comportement des pieux sous chargements cycliques axiaux et a proposé des perspectives pour bien cerner cette problématique