Ce mémoire présente une étude de la perméabilité aux gaz et du frottement d'interface des géocomposites bentonitiques (GCBs) et d'autres systèmes géosynthétiques utilisés en couverture des centres de stockage des déchets. La perméabilité aux gaz a pu être étudiée grâce à la conception d'un équipement et d'une nouvelle méthodologie d'essai permettant la mesure de la perméabilité aux gaz en régime transitoire des géocomposites bentonitiques partiellement hydratés. Comparée à la méthode conventionnelle de détermination de ce paramètre en régime stationnaire, la méthode proposée a donné des résultats similaires, mais plus rapidement et avec un appareillage plus simple. <br />La caractérisation du frottement d'interface de géosynthétiques a été réalisée à travers l'emploi de l'équipement « plan incliné », adapté aux faibles contraintes de confinement. Cette étude a montré que les géosynthétiques sont sensibles à la déformation cumulée sur leurs surfaces, ce qui joue sur leurs propriétés de résistance au cisaillement d'interface. Les constats experimentaux conduisent à une discussion sur l'usage des géosynthétiques de renforcement du sol de couverture selon la méthodologie constructive traditionnelle qui utilise ces géosynthétiques pour renforcer l'interface sol-géotextile supposée critique. De plus, des interfaces géosynthétiques avec géocomposites bentonitiques ont été étudiées pour évaluer leur comportement résistant en fonction du degré d'hydratation de la composante bentonite, de l'incidence des cycles de sèchage-humidification, du ruissellement d'eau au niveau de l'interface, de l'humidification de l'interface et du type de géotextile de contact.

Esta tese consiste no estudo da permeabilidade à gás e da resistência ao cisalhamento de interface de geocompostos bentoníticos (GCLs) e de outros sistemas geossintéticos que compõem as camadas de cobertura de aterros sanitários. Com relação ao fluxo gasoso, a pesquisa teve o propósito de apresentar um equipamento e propor uma nova metodologia de ensaio destinada a medir a permeabilidade a gás de GCLs parcialmente hidratados sob regime de fluxo transiente. Comparada à metodologia convencional de determinação desse parâmetro sob regime de fluxo permanente, o método proposto forneceu resultados similares, porém de um modo mais rápido e por meio de uma aparelhagem mais simples. O atrito de interface de geossintéticos foi estudado mediante o emprego do equipamento plano inclinado, sob baixas tensões de confinamento. O estudo mostrou que os geossintéticos são sensíveis à deformação acumulada sobre sua superfície que pode implicar um aumento ou uma redução da resistência de interface. A pesquisa permitiu concluir que é possível distinguir o comportamento resistente de interfaces do tipo solo compactado-geossintético submetidas a baixas tensões confinantes via equipamento de plano inclinado. As constatações experimentais permitem questionar o uso de geossintéticos de reforço do solo de cobertura segundo a metodologia construtiva tradicional que considera a necessidade de emprego destes geossintéticos para reforçar a interface solo-geotêxtil suposta crítica. Além disso, interfaces geossintéticas contemplando GCLs foram estudadas a fim de se avaliar o comportamento resistente desses sistemas conforme o grau de hidratação da bentonita, a incidência de ciclos de secagem e umedecimento, o escoamento de água no nível da interface, a umidificação da interface e o tipo de material de contato. Os ensaios de interface geomembrana-GCL mostraram que a extrusão da bentonita, devida ao carregamento aplicado, determina o comportamento resistente da interface, visto que a resistência ao cisalhamento mobilizada é fortemente reduzida pela lubrificação adicional desta bentonita quando da incidência de um escoamento de água na interface. Para os ensaios de interface do tipo GCL-geossintéticos de drenagem, a resistência mobilizada se mostrou dependente da estrutura do elemento drenante, do tipo de geotêxtil de contato e da consistência da componente bentonita do GCL. / Cette dissertation correspond à l\'étude de la perméabilité aux gaz et du frottement d\'interface des géocomposites bentonitiques (GCBs) et d\'autres systèmes géosynthétiques destinés à la composition des couches de couverture des centres de stockage des déchets. Par rapport le flux gazeux, la recherche a eu l\'objectif de présenter un équipement et proposer une nouvelle méthodologie d\'essai destinée à mesurer la perméabilité aux gaz des géocomposites bentonitiques partiellement hydratés en régime transitoire. Comparée à la méthode conventionnelle de détermination de ce paramètre sous flux en régime stationnaire, la méthode proposée a donné des résultats similaires, mais plus rapidement et avec un appareillage plus simple. La recherche a fait la caractérisation du frottement d\'interface de géosynthétiques à travers l\'emploi de l\'équipement plan incliné, donc en considerant des faibles contraintes de confinement. Cette étude a montré que les géosynthétiques sont sensibles à la déformation cumulée sur leurs surfaces, ce qui joue sur leurs propriétés de résistance au cisaillement d\'interface, pouvant augmenter ou réduire la stabilité des interfaces. La recherche a permis de conclure qu\'il est possible de distinguer les comportements résistants d\'interfaces du type sol compacté-géosynthétique soumises à de faibles contraintes de confinement grâce à l\'équipement plan incliné. Les constats experimentaux entraînent une discussion sur l\'usage des géosynthétiques de renforcement du sol de couverture selon la méthodologie constructive traditionnelle qui considère le besoin de recourir à ces géosynthétiques pour renforcer l\'interface sol-géotextile supposée critique. En plus, des interfaces géosynthétiques avec géocomposites bentonitiques ont été étudiées pour évaluer leur comportement résistant en fonction du degré d\'hydratation de la composante bentonite, de l\'incidence de cycles de sèchage-humidification, du ruissellement d\'eau au niveau de l\'interface, de l\'humidification de l\'interface et du type de géotextile de contact. Les essais d\'interface Géomembrane-GCB ont montré que l\'extrusion de bentonite dûe au chargement appliqué détermine le comportement résistant car la résistance d\'interface mobilisée est drastiquement réduite par la lubrification additionnelle de cette bentonite, du fait de l\'écoulement au niveau de l\'interface de l\'eau de ruissellement. Pour les essais d\'interface du type GCB-Géosynthétiques de drainage, la résistance mobilisée s\'est montrée fortement dépendante de la structure du dispositif de drainage, du type de géotextile en contact et de la consistance de la composante bentonite du GCB.

L'industrie minière produit d'énormes quantités de déchet (millions de tonnes par an), souvent sous forme de boue à cause de la forte teneur en eau et en argile. Ces boues liquides sont problématiques car elles se consolident très lentement : elles limitent la réhabilitation des parcs à résidus où elles sont stockées et augmentent le risque de rupture des barrages entourant les parcs à résidus (coulée de boue). Améliorer l'assèchement des boues minières est nécessaire afin d'augmenter la stabilité des parcs à résidus et de recycler l'eau contenue dans la boue. La solution proposée dans cette thèse consiste à insérer des géocomposites de drainage (GCP) dans les parcs à résidus afin de permettre à l'eau contenue dans la boue de s'évacuer. Pour mobiliser l'eau dans ces boues à faible conductivité hydraulique, deux phénomènes ont été investigués : la consolidation des boues sous contrainte mécanique et la migration de l'eau par électro-osmose (EO). Afin d'attester de la faisabilité d'appliquer ces 2 phénomènes avec des GCP, chacune des fonctions des GCP a été évaluée : les fonctions de base (filtration et drainage) pour provoquer l'asséchement mécanique et une nouvelle fonction de conduction électrique pour appliquer l'EO.La filtration de boue par géotextile (GTX) a été investiguée car contrairement à la filtration de sol, elle demeurait peu décrite dans la littérature et semblait délicate à cause de l'argilosité de la boue. Des tests de filtration sous pression ont permis de tester 8 GTX avec une même boue argileuse, puis 8 boues de granularités différentes avec un même GTX. Les résultats indiquent que les GTX n'ont un impact qu'au début de la filtration : ils retiennent les particules les plus grossières ce qui induit la formation d'un gâteau de filtration qui devient rapidement l'élément filtrant, le GTX n'est alors plus qu'un support. Une même boue filtrée par 8 GTX différents conduit à un même assèchement alors que les 8 boues différentes filtrées avec un même GTX conduisent à 8 assèchements différents : l'assèchement final est contrôlé par la composition de la boue et est totalement indépendant du GTX utilisé. Ces essais de filtration ont permis d'évaluer l'assèchement mécanique des boues : la pression appliquée (50kPa) conduit à l'expulsion de l'eau libre, alors que l'eau liée reste dans la boue. Cela est dû aux différents niveaux de liaison de l'eau dans la boue : l'eau liée ne peut être extraite mécaniquement. Ainsi les fonctions de base des GCP provoquent un asséchement mécanique du à l'augmentation de la contrainte lors du remplissage des parcs à résidus. En revanche, l'asséchement mécanique est limité à l'extraction de l'eau libre ; il est apparu essentiel de proposer un nouveau moteur pour extraire l'eau liée.La principale innovation de ce travail est l'ajout d'une nouvelle fonction au GCP : l'ajout d'éléments conducteurs dans les GCP permet d'appliquer l'EO dans les boues. Ce phénomène permet de mobiliser une partie de l'eau liée en imposant un courant électrique. Des prototypes de GCP électrocinétique (eGCP) ont été développés et testés dans un dispositif expérimental dédié. Les résultats montrent que la filtration et la conduction électrique sont assurées efficacement par les eGCP disposés de part et d'autre de la boue. La boue testée est issue des sables bitumineux (FFT) et est très problématique car sa consolidation est extrêmement lente. Les résultats obtenus sont très encourageants : la phase mécanique porte la siccité de la boue de 45% à 61%, puis l'EO permet d'atteindre une siccité de 77% et une résistance au cisaillement de 77 kPa, alors que la réglementation exige d'atteindre 10 kPa.Pour conclure, les différentes expérimentations montrent que les boues minières peuvent être asséchées par des GCP en cumulant les effets de la compression mécanique, grâce aux fonctions classiques des GCP et de l'EO grâce à l'ajout d'une nouvelle fonction de conduction électrique. Cette solution a fait l'objet d'un brevet / A host of mining practices produces huge quantity of fine-grained mineral sludges whose disposal in ponds is often challenging. The key problem caused by these sludges is their very poor geotechnical properties, which are caused by their high water and clay content. These sludges are hard to dewater because of their low hydraulic conductivity. Dewatering sludges to increase its shear strength and reduce the volume of material to be contained thus represents a preferred path to reduce the risk of pond's failure, reduce the pond's footprint, and maximize water recycling. To dewater mining sludges, the solution foreseen in this PhD is to intercalate some geocomposites (GCPs) layers within the sludge-disposal area to create draining horizons to permit mechanical dewatering and to apply electro-osmosis (EO) across sludges layers to induce water migration. To evaluate the efficiency of GCPs at enhancing sludges dewatering by both of these phenomena, the different functions of GCPs (filtration, drainage, and electric conduction) were experimentally investigated during this PhD.To study sludge filtration by geotextile (GTX), pressure filtration tests were used to filter 8 different high-clay-content sludges with 8 different nonwoven GTXs. Only a few studies have considered the filtration of sludge by GTXs. The sludges were formulated by mixing kaolinite and silt to obtain 8 different grain-size distributions. The results indicate that sludges can be filtered with nonwoven GTXs selected on the basis of their pore-opening size. In addition, only during the early stage of filtration GTXs really influence filtering because it is at this stage that, by retaining coarser particles, they allow progressive formation of filter cake. Upon forming, the filter cake becomes the major contributor to particle retention. The sludge composition is found to be the most significant factor affecting the final state of dewatering. In other words, the GTX does not control the final dewatering; the sludge itself controls the final solid content. These filtration tests showed that mechanical dewatering is effective for removing free water, but bounded water remains in the sludge because of the high bonding forces between water and solid matter. Facing this limitation of mechanical dewatering, a new way to extract bounded water had to be proposed.The main innovation brought by this PhD concerns the addition of a new function to GCP, by adding conductive elements into the GCP to apply EO in the sludge. Electro-osmosis (EO) forces water to migrate from anode to cathode and is sufficient to remove a significant portion of bounded water that cannot be removed by mechanical dewatering. Some prototypes of electro-kinetics GCP (eGCP) were developed, and tested in a new laboratory setup. This experimental device was developed to evaluate simultaneously the different functions of eGCPs, namely, drainage or filtration and electrical conductivity. It has the particularity that it uses eGCPs as both a draining medium and electrode. The results show that fluid fine tailings (FFTs), a particularly hard to dewater sludge from oil-sand exploitation, are significantly dewatered by the combination of normal stress compression, and then EO treatment: the FFT solids content increased from 45% to 61% during the compression phase and to 77% during the EO phase. The applied treatment led to a significant consolidation of the FFT: shear strength increased from zero to about 77 kPa which is significantly greater than the 10 kPa required by government regulations.To conclude, eGCPs can drain water expulsed during sludge consolidation in response to the filling of the disposal area, thanks to the classical function of GCP, as well as impose a voltage across FFT to displace water by electro-osmosis from anode to cathode, thanks to conductive elements embedded in eGCP. This solution was patented at the end of the PhD.