Au vu de la différence de densité entre les composants minéraux solides et l’eau entrant dans la composition d’un béton, une instabilité gravitaire peut apparaître et provoquer une séparation de phase. Cette séparation est à l’origine de la formation d’une pellicule d’eau à la surface du béton et est appelé ressuage. Malgré le fait que le ressuage peut directement ou indirectement nuire aux propriétés finales du béton durci, les connaissances existantes ne permettent pas de prédire ce phénomène ou de le corréler à la formulation du béton. L’objectif de cette thèse est d’identifier la physique mise en jeu lors du phénomène de ressuage de façon à proposer à la fois une méthodologie de mesure adaptée et un cadre théorique prédictif.La démarche retenue consiste à commencer par l’étude d’un matériau simple tel qu’une pâte de ciment en laboratoire pour terminer à l’échelle plus complexe d’un béton de fondation coulé sur chantier.Dans une première partie, nos résultats expérimentaux sur pâte de ciment suggèrent que le ressuage ne peut pas être considéré comme un simple phénomène de consolidation homogène d'un matériau poreux déformable mais comme un phénomène de consolidation hétérogène conduisant à la formation de canaux préférentiels d'extraction d'eau. Nous montrons ainsi l'existence de trois régimes de ressuage : une période d'induction, une période d’accélération et une période de consolidation. Seuls les deux derniers régimes avaient été observés et discutés jusqu'à maintenant dans la littérature. Nos résultats suggèrent que la formation de ces canaux préférentiels semble être initiée par les défauts du système (les bulles d’air au premier ordre).Dans une seconde partie, les deux essais normalisés utilisés à ce jour dans la pratique industrielle pour la mesure du ressuage des bétons sur chantier, l’essai ASTM et l’essai Bauer, sont étudiés. Nous montrons que ces essais capturent des aspects différents du ressuage et qu’ils ne peuvent donc être corrélés. Nous montrons par ailleurs l’existence de limites dans la capacité de ces essais à capturer le risque de ressuage pour un béton donné. Des modifications de protocole sont alors proposées pour améliorer ces essais et leur permettre de fournir les données nécessaires à la prédiction du ressuage à l’échelle de la fondation.Enfin, nous étudions à la fois les différences entre ressuage d’une pâte de ciment et ressuage d’un béton et l’influence de la hauteur totale de matériau soumis au ressuage. La forte dépendance de la vitesse de ressuage à la profondeur est mise en évidence dans le cas des bétons. Un modèle permettant d’extrapoler une vitesse de ressuage dans une fondation à partir d’une mesure de ressuage à l’aide de l’essai ASTM est proposé. Ce modèle est validé sur des essais de laboratoire et des fondations réelles.Mots clés : ressuage, béton, pâte de ciment, consolidation, effet d’échelle / Due to the density differences between the solid mineral components and the suspending water, gravity can induce phase separation in concrete. This phase separation is at the origin of the formation of a film of water on the upper surface of fresh concrete, commonly known as bleeding. Although bleeding is known to directly or indirectly affect the final properties of hardened concrete, the existing knowledge does not allow for the prediction of this phenomenon or its correlation to mix proportions. The objective of this thesis, therefore, is to identify the physics behind the bleeding phenomenon in order to propose both an adapted measurement methodology and a predictive theoretical framework.The approach adopted is to start from the study of a simple model material, a cement paste in the laboratory, and upscale to the more complex scale of concrete poured into a real foundation on site.In the first part, our experimental results on cement paste suggest that bleeding cannot be simply described as the consolidation of a soft porous material, but, in fact, is of an obvious heterogeneous nature leading to the formation of preferential water extraction channels within the cement paste. We thus show the existence of three bleeding regimes: an induction period, an acceleration period, and a consolidation period. Only the last two regimes had been observed and discussed in the literature. Our results suggest that the formation of these preferential channels seems to be initiated by system defects (air bubbles at first order).In the second part, the two industrial standard tests used for the measurement of bleeding on site, the ASTM test and the Bauer test, are studied. We show that these tests capture different aspects of bleeding, and therefore, cannot be correlated. We also show the existence of limits in the capacity of these tests to capture the risk of bleeding for a given concrete. Changes and improvements are proposed in order to enable these tests to provide the data necessary for the prediction of bleeding at the concrete foundation scale.Finally, in the last part, we study the differences between the bleeding of a cement paste and the bleeding of a concrete and the influence of the total height of material subjected to bleeding. The high dependence of the bleeding rate on the depth of the foundation is captured in the case of concretes. A model is proposed to extrapolate a bleeding rate in a foundation from a bleeding measurement using the ASTM test. This model is validated on laboratory tests and on onsite measurements of real concrete foundations.Keywords: bleeding, concrete, cement paste, consolidation, scale effect

Les efforts transmis aux fondations des ouvrages de génie civil (éoliennes, infrastructures de transport, ...) sont rarement constants et montrent des fluctuations plus ou moins importantes. Le travail présenté concerne l'étude en centrifugeuse du comportement du pieu isolé et des groupes de 2×2 pieux sous chargement latéral cyclique dans du sable de Fontainebleau sec dense ou moyennement dense. On s'intéresse, pour un chargement en condition de « service », à l'accumulation des déplacements en tête, à l'évolution des moments maximum et à la dégradation des courbes p-y suite au chargement cyclique. Dans le cas des groupes de pieux, l'influence des cycles sur l'effet de groupe, généralement caractérisé par un effet d'ombre sur les rangées arrières du groupe a été étudiée, ainsi que celle de l'entraxe et de la densité. L'accumulation de déplacements en tête, pour le pieu isolé et le groupe de pieux, augmente avec le niveau de chargement cyclique. Une formulation en deux phases logarithmiques de cette accumulation est proposée. Des courbes p-y enveloppes ont été déterminées et une relation a pu être établie entre les courbes p-y monotone et cyclique du pieu isolé. Pour les groupes de pieux, dans le cas d'un entraxe égal à 3B, différentes relations sont proposées et tiennent compte de la position du pieu (pieu avant ou pieu arrière) ainsi que du chargement cyclique. Pour le chargement axial, un pieu instrumenté pour des essais en centrifugeuse a été développé dans le cadre de cette thèse. Les premiers résultats obtenus avec ce pieu permettent d'étudier la répartition des efforts dans le pieu (frottement et pointe) pendant et après les cycles.

L’état de l’art réalisé dans le cadre de ce travail a permis d’identifier une grande variété de techniques de réalisation de micropieux avec des comportements effort-déformation difficiles à prédire. Quant aux méthodes de contrôle, du point de vue de l’intégrité il existe deux méthodes développées pour les pieux lesquelles ne sont pas toujours applicables aux cas de micropieux ; et du point de vue du contrôle du comportement mécanique, il existe un essai assez utilisé pour le contrôle de micropieux : l’essai d’arrachement. Cet essai est facile à réaliser et à interpréter, cependant il est onéreux (long temps d’essai) et difficile à mettre en place. Un autre type d’essai, utilisé dans le contrôle de fondations profondes, est l’essai de chargement dynamique. La recherche bibliographique a permis d’identifier les avantages et inconvénients de ce type d’essai adaptés et déjà validés dans le contrôle de pieux. Nous avons donc proposé une nouvelle méthodologie basée sur des essais de chargement dynamique à faible contrainte nécessitant des énergies de battage beaucoup moins importantes que dans les essais de chargement dynamique classiques. Le protocole et dispositif d’essai de la méthodologie ont été calibrés et validés à partir de simulations numériques afin notamment de justifier les choix de l’énergie d’impact, de la masse du marteau et de l’amortisseur à utiliser. Les observations numériques sont ensuite vérifiées expérimentalement sur des micropieux à échelle réelle mis en place dans un site expérimental développé dans le cadre de ce projet. La méthodologie de contrôle en place de la résistance en service de micropieux développée, c’est une méthode originale simple à réaliser, facile à mettre en oeuvre et d’interprétation immédiate. Elle a été validée aussi dans le cas de micropieux à échelle réelle en conditions maitrisées dans le site expérimental et non maitrisées dans trois chantiers réels de micropieux. Finalement, le progrès dans les recherches, a permis le développement d’une méthodologie de contrôle de la résistance limite de micropieux. Pour cela nous proposons d’utiliser un modèle analytique de prédiction du comportement effort-déformation alimenté par les résultats de l’essai de chargement dynamique à faible déformation et d’un essai complémentaire de reconnaissance des paramètres à la rupture du sol. L´objectif de ce développement est de proposer une prédiction de la résistance limite du micropieux testé sans compromettre son intégrité. L’application de la méthodologie a montré qu’elle donne des résultats très proches de ceux observés dans les essais statiques. / The review of the state-of-the-art of micropiles produced as part of this work allows to identify a wide variety of construction methodologies which have a stress-strain behavior difficult to predict. As for the testing methods, there are methods for assessing the condition of piles or shafts but they are not always applicable to the micropiles; and in terms of the control of mechanical behavior, the most used load testing micropile is the uplift static load test. The static load test is easy to perform and interpret, however the reaction system is cumbersome and slow to erect, therefore this test is time and cost consuming. Another type of test that can be used in the control of deep foundations is the dynamic load testing. The literature review helped to identify the advantages and disadvantages of this type of test that has been adapted and validated in control of pile behavior. The new methodology proposed in this work is based on low-strain dynamic test requiring a smaller impact energy than a high-strain dynamic test. The testing protocol and loading device of the methodology have been calibrated and validated by numerical simulations in order to justify the choice of the impact energy, the weight of hammer and the cushion that will be used. The numerical observations are then verified by experiences in full-scale micropiles installed in an experimental site developed as part of this project. The developed in situ control methodology of the resistance in service of micropiles is an original method, easy to carry out, simple to execute and with an immediate interpretation. This methodology has been validated on full-scale micropiles in contained conditions and also in uncontained conditions in three real projects of micropiles. Finally, the advances in the investigations have led to develop a methodology for control the micropile’s ultimate resistance. We propose to use an analytical model for predicting the stress-strain behavior, which must be supplied with the results of the low-strain dynamic micropile test and of a complementary geotechnical test in order to examine the parameter of soil failure. The goal of this development is to provide a method for predict the micropile’s ultimate resistance without compromising its integrity. The results of the application of the new method to the experimental micropiles are in close agreement with the results observed in the static load test. / La revisión del estado del arte en relación a micropilotes, realizada en este trabajo, ha permitido identificar una gran variedad de técnicas de construcción, donde la predicción de sus comportamientos mecánicos, es una tarea difícil de realizar. Con respecto a los métodos de control, desde el punto de vista de la integridad, existen actualmente métodos no siempre aplicables a los micropilotes, y desde el punto de vista del control del comportamiento mecánico, el ensayo más utilizado es el ensayo de arrancamiento. El ensayo de arrancamiento es de fácil realización e interpretación, sin embargo es oneroso, por su larga duración y la necesidad de disponer de equipos muy pesados.Otro tipo de ensayo, que es utilizado para el control de fundaciones profundas en general, es el ensayo de carga dinámica, cuyas ventajas y desventajas han sido identificadas en la investigación bibliográfica.La nueva metodología propuesta, motivo de este trabajo, está basada en los ensayos de carga dinámica a baja deformación, donde se necesita una energía de impacto mucho menos importante que en el caso de los ensayos clásicos de carga dinámica.El protocolo de la metodología y su dispositivo de ensayo han sido calibrados y validados a partir de simulaciones numéricas con el fin de, principalmente, justificar la elección de la energía de impacto, de la masa del martillo y del amortiguador a utilizar. Las observaciones numéricas han sido, luego, verificadas experimentalmente sobre micropilotes a escala real, instalados en un sitio experimental desarrollado en el marco de este proyecto.La metodología de control in situ, de la resistencia en servicio de micropilotes, desarrollada en este trabajo, es un método original, simple de realizar, con un sistema fácil de instalar y de interpretación inmediata. Ella ha sido validada, en el caso de micropilotes a escala real en condiciones controladas en el sitio experimental, y no controladas en el caso de tres proyectos reales.Además, el avance en las investigaciones, dio lugar al desarrollo de una metodología de control de la resistencia límite de micropilotes. Para ello proponemos utilizar un modelo analítico de predicción del comportamiento esfuerzo-deformación alimentado por resultados del ensayo de carga dinámica a baja deformación y de un ensayo complementario de reconocimiento de los parámetros de ruptura del suelo. El objetivo de este desarrollo es de proponer un método de predicción de la resistencia límite de micropilotes sin comprometer su integridad. La aplicación de la metodología ha mostrado que los resultados son muy cercanos a los observados en los ensayos de carga estática.

Le travail de thèse présenté dans ce mémoire vise à analyser et à comprendre les mécanismes mis en jeu au niveau de l’impact du creusement d’un tunnel par bouclier à front pressurisé sur des fondations profondes avoisinantes. Cette thèse a été réalisée dans le cadre du projet européen NeTTUN, au sein du Laboratoire de Tribologie et de Dynamique des Systèmes (LTDS) de l’ENTPE. L’approche phénoménologique conduite lors de ces travaux repose sur deux importantes campagnes expérimentales réalisées à l’aide d’un dispositif unique au plan international de modèle réduit 1g de tunnelier à pression de terre (échelle de l’ordre de 1/10eme). La forte originalité de ce dispositif est de pouvoir simuler de façon réaliste les principales étapes du processus tridimensionnel d’excavation mécanisé d’un tunnel. Dans le cadre de cette thèse, le dispositif existant de modèle réduit de tunnelier a dans un premier temps été reconfiguré afin de pouvoir répondre aux besoins du programme expérimental envisagé. Des modèles physiques de fondations profondes (pieux et groupes de pieux) et de barrières de protection ont été conçus dans le cadre des lois de similitude, fabriqués et instrumentés. Deux campagnes expérimentales d’envergure ont été réalisées en massif de sable sec : l’une concerne les effets du passage d’un tunnelier à front pressurisé sur des fondations profondes avoisinantes (pieux, groupe de pieux), l’autre traite de l’efficacité de barrières de protection (parois moulées) utilisées pour limiter ces effets. Différents paramètres qui influencent l’interaction tunnelier - sol - fondations ont été considérés comme la distance relative tunnel / fondation, la pression frontale de soutènement appliquée par le TBM sur le terrain ou encore la hauteur des barrières de protection. L’analyse phénoménologique menée à l’échelle du modèle concerne en particulier l’évolution des champs de contraintes et de déplacements dans le terrain autour du tunnelier, les déplacements relatifs sol - pieu et sol- barrière, la redistribution des efforts au sein des fondations. L’importante base de données et d’analyse ainsi constituée a été mise à profit pour la validation d’outils de modélisation numérique développés par l’Université de Rome au sein du projet NeTTUN. / The major goal presented in this thesis was to analyze and investigate the mechanisms, which are involved in the impact of the tunnels excavated thanks to an Earth Pressure Balanced Shield on nearby deep foundations. This thesis was realized in European project NeTTUN and the work had been done in the Laboratory of Tribology and Systems Dynamics (LTDS) of ENTPE. During these works, phenomenological approach was based on two important experimental campaigns carried out using a unique device at the international level of a 1g scale model of earth-pressure tunnel boring machine (scale of the order of 1 / 10). The state of the art of this device was to be able to simulate in possibly realistic way the main stages of the three-dimensional process of mechanized excavation of a tunnel. In the framework of this thesis, the existing model tunneling machine device was initially reconfigured in order to reach the expectations of the experimental program envisaged. Physical models of deep foundations (piles and groups of piles) and protective barriers were designed under the similitude laws, manufactured and instrumented. The two large-scale experimental campaigns have been carried out in a dry sand massif. The first one concerned the effects of the passage of a pressurized tunnel boring machine on nearby deep foundations (piles, group of piles), whereas another one dealed with the effectiveness of mitigation procedure (diaphragm walls) used to limit these effects. Different parameters that influenced on the tunneling: soil - foundation interaction considered as the relative tunnel / foundation distance, the frontal face pressure applied by the TBM in the field or the height of the protective barriers. The phenomenological analysis carried out at the scale of the model concerned in particular the evolution of the fields of stresses and displacements in the ground around the tunnel boring machine, relatives pile / soil and wall / soil displacements and the redistribution of stresses along the pile foundations. The large database and analysis constituted was used for the validation of numerical modeling tools developed by the University of Rome within the NeTTUN project.