La contribution significative de cette thèse se situe dans le domaine de la déformation sismique de différents types de barrages en enrochement. La déformation excessive permanente à la crête d'un barrage causée par les secousses du sol menacera la sécurité du barrage. Les caractéristiques de ces barrages et la gravité des tremblements de terre (quantifiée par des mesures d'intensité, c'est-à-dire des IM) sont identifiées comme les composants les plus critiques impliquées dans la performance sismique du barrage. Dans la première partie, une étude est réalisée sur la déformation sismique (tassement de la crête) des barrages en enrochement avec masque en béton (CFRD) et sa corrélation avec les IM de mouvements de sol. De cette manière, l'importance des principales caractéristiques des charges cycliques dans une étude de cas CFRD typique modélisée numériquement est soulignée. On en conclut qu'en plus de l'amplitude et de la durée du mouvement de sol, la réponse du barrage est fortement affectée par les caractéristiques de fréquence du séisme. En rassemblant les histoires de cas de CFRD disponibles et en analysant leur tassement sismique, un nouveau IM est proposé pour décrire efficacement le potentiel d'un séisme à induire un règlement dans les CFRD. Une nouvelle relation prédictive est alors établie qui relie la IM suggérée et l'amplitude du tremblement de terre avec le tassement de crête étudié des cas CFRDs. Dans la deuxième partie, les données disponibles pour les barrages en enrochement à noyau de terre (ECRD) comprenant les valeurs de tassement rapportées et les mouvements de sol enregistrés lors des tremblements de terre sont analysées. Deux nouvelles approches sont développées en introduisant deux nouveaux IM et en les corrélant au règlement observé des cas ECRD. Les IM proposés pour les ECRD prennent en compte l'influence des aspects essentiels concernant le comportement non linéaire des barrages lors de séismes violents: dégradation de la rigidité des matériaux, augmentation de l'énergie dissipée et augmentation des périodes de vibration des barrages. Ces problèmes sont affectés par la déformation induite par le tremblement de terre, à travers laquelle la corrélation avec la déformation d'un barrage est découverte. Les analyses ont montré que l'occurrence du tassement est directement affectée par les amplitudes de déformation de cisaillement. Compte tenu de l'importance de la déformation de cisaillement, la dernière partie de cette thèse est consacrée aux caractéristiques dépendantes de la déformation des ECRD. À cette fin, des études empiriques ont été menées sur plusieurs séries chronologiques d'accélération pour les ECRD qui avaient été frappés par des tremblements de terre au Japon. Une série de graphiques et de relations a été établie pour estimer: (i) l'amplitude de la déformation de cisaillement induite; (ii) la diminution du module de cisaillement des noyaux des barrages; et (iii) augmentation des périodes fondamentales des barrages. Cette thèse fournit un assemblage approprié d'outils qui peuvent être utilisés dans la pratique de l'ingénierie, que ce soit à des fins d'analyse dynamique ou de conception. Les graphiques et les relations présentés ici sont basés sur l'examen et l'analyse de la performance réelle de nombreux barrages sous les tremblements de terre. Ils répondent non seulement aux lacunes des méthodes empiriques précédentes, mais sont également précis et efficaces. / The significant contribution of this thesis is in the area of earthquake-induced deformation of different types of rockfill dams. The permanent excess deformation at a dam's crest caused by ground-shaking will threaten the dam's safety. The characteristics of these dams and the severity of the earthquakes (quantified by intensity measures, i.e., IMs) are identified as the most critical components involved in the dam's seismic performance. In the first part, a study is performed on the seismic deformation (crest settlement) of concrete-face rockfill dams (CFRDs) and its correlation with ground motion IMs. In this way, the importance of cyclic loads' main characteristics on a numerically modelled typical CFRD case study is underlined. It is concluded that in addition to the amplitude and duration of ground motion, the dam's response is strongly affected by the frequency characteristics of the earthquake. By gathering available CFRD case histories and analyzing their seismic settlement, a new IM is proposed to efficiently describe an earthquake's potential to induce settlement in CFRDs. A new predictive relationship is then established which relates the suggested IM and earthquake magnitude with the surveyed crest settlement of the CFRD cases. In the second part, the data available for earth-core rockfill dams (ECRDs) comprising the reported settlement values and the ground motions recorded during the earthquakes are analyzed. Two novel approaches are developed by introducing two new IMs and correlating them to the observed settlement of the ECRD cases. The IMs proposed for ECRDs take into account the influence of the essential aspects regarding the nonlinear behaviour of the dams during severe earthquakes: stiffness degradation of the materials, increase in dissipated energy, and increase in the dams' periods of vibration. These issues are affected by the earthquake-induced strain, through which the correlation with a dam's deformation is discovered. The analyses showed that the occurrence of settlement is directly affected by the shear strain amplitudes. Given the importance of the shear strain, the last part of this thesis is devoted to the strain-dependent characteristics of ECRDs. To this end, empirical studies were performed on several acceleration time series for ECRDs that had been struck by earthquakes in Japan. A series of graphs and relationships were established to estimate: (i) the amplitude of the induced shear strain; (ii) the decreased shear modulus of the dams' cores; and (iii) increased fundamental periods of the dams. This thesis provides an appropriate assembly of tools that can be utilized in engineering practice, either for dynamic analysis or design purposes. The graphs and relationships presented herein are based on reviewing and analyzing the actual performance of numerous dams under earthquakes. They not only address the shortcomings of previous empirical methods, but are also accurate and efficient.

Les barrages en enrochement comptent parmi les des ouvrages les plus importants en génie civil. Ce sont des ouvrages critiques dont les exigences de performance sont très élevées. De plus, les normes parasismiques pour ces ouvrages ont évolué rapidement depuis quelques années ((Hydro- Québec, 2003; Gouv. du QC, 2002; Canadian Dam Association (CDA), 2007 (révisé en 2013); ICOLD, 2016; Federal Guidelines for Dam Safety (FEMA), 2005) et sont maintenant très sévères. Ces analyses sont très importantes puisqu’elles permettent de mieux définir le comportement d’un l’ouvrage face à un séisme et, par conséquent, de mieux évaluer sa sécurité. Cependant, ces méthodes sont complexes et leur mis en oeuvre pour des barrages existants constitue toujours un exercice délicat. L’Est du Canada se caractérise par une séismicité active mais modérée. Les secousses sismiques de l’Est canadien ont un contenu fréquentiel plus élevé que celui de l’Ouest américain. Cependant, les signaux de l’est canadien n’ont fait l’objet relativement que de peu d’études jusqu’à maintenant. Ce mémoire présente les résultats de l’étude dynamique unidimensionnelle (1D) et bidimensionnelle (2D) du comportement d’un barrage en enrochement sous sollicitations sismiques. L’ouvrage étudié est le barrage Denis-Perron dont la construction a été complétée en 1998. C’est un barrage en enrochement d’une hauteur de 171 mètres constitué d’un noyau en till. L’ouvrage ferme la rivière Ste-Marguerite sur une vallée étroite située au nord de Sept-Îles. Des enregistrements des accélérations en crête et à la base du barrage pour trois événements sismiques ont été utilisés dans les différentes simulations. Les analyses 1D ont été menées dans le domaine fréquentiel avec le logiciel ProShake. Les analyses 2D ont été menées dans le domaine temporel avec les logiciels QUAD4M, qui adopte le comportement linéaire-équivalent des sols, et FLAC, qui tient en compte la non-linéarité du comportement des sols. Pour les deux catégories d’analyse, les résultats ont été exploités dans les domaines spectral et temporel. Ces résultats ont démontré qu’une étude 1D sur ProShake avec une correction de la période prédominante selon la forme de la vallée sont nécessaire pour des études dynamiques préliminaires d’un barrage. Cependant, des études approfondies sur FLAC peuvent s’avérer essentiel pour l’évaluation des risques sismiques de ces ouvrages. / Rockfill dams are one of the most important structures in civil engineering. These are critical structures whose performance requirements are very high. In addition, the seismic standards for these structures have changed rapidly over the last few years (Hydro-Québec, 2003; Gouv.-du- Québec, 2002; Canadian Dam Association (CDA)) and currently are very sever. These analyzes are very important since they can define the behavior of structure when earthquakes happen, and consequently, evaluate its safety. However, these methods are complex and their application on existing dams is always a delicate exercise. Eastern Canada is characterized by an active but moderate seismicity. The earthquakes in Eastern Canada have a higher frequency content than the Western United States. Though, only a few studies have been made with signals from Eastern Canada. This thesis presents the results of the dynamic 1D and 2D behavior of a rockfill dam under seismic loading. The study takes into consideration the Denis-Perron dam activity, a rockfill dam of 171 meters height with a till core, which was finished constructing in 1998. This structure closes the Ste-Marguerite River on a narrow valley north of Sept-Îles. Recordings of accelerations at the top and at the base of the dam for three seismic events were used in different simulations. The 1D analyzes were conducted in the frequency domain with ProShake software. The 2D analyzes were conducted in the time domain with QUAD4M software, which adopts the linear behavior of soils, and FLAC, which takes into account the nonlinearity of soil behavior. For both analyses, the results were carried out in spectral and temporal domains. These results demonstrated that the 1D study on ProShake, with a correction of predominant period according to the shape of the valley, is necessary for preliminary dynamic studies of a dam. However, in depth studies, FLAC may be essential for seismic risk assessment of these structures

Le présent projet vise le développement de lois de comportement p-y sismique dans les sols postglaciaires du Québec. Plus particulièrement, l'étude a permis l'obtention de moment en fonction du temps, ainsi que d'accélération en fonction du temps, d'un pieu isolé dans un dépôt de sol et soumis à un chargement sismique. Le logiciel FLAC 6.0 a été utilisé afin de reproduire numériquement le modèle sol-pieu. Ce modèle a été calibré par comparaison des résultats avec diverses études numériques et expérimentales préalablement réalisées. Les stratigraphies de deux sols au Québec ont été utilisées dans les simulations numériques. De plus, une masse ponctuelle, représentant une superstructure, a été ajoutée au modèle à la tête du pieu. La variation de cette masse, de même que de l'intensité des signaux sismiques utilisés a permis la réalisation de huit simulations distinctes. Les résultats de ces analyses sont joints au mémoire sous forme de disque compact.