L'érosion des revêtements des digues de rivière peut affecter la stabilité des talus des rives et mettre en danger la sécurité des constructions voisines, et des écoulements de débris peuvent être déclenchés par le sol et les roches érodées de la rive et accumulées dans le lit de rivière. Des travaux d'amélioration sont nécessaires pour augmenter la stabilité des revêtements aussi bien que réduire la possibilité de rupture. Les pratiques actuelles impliquent habituellement la construction d'un épais revêtement en béton, causant des impacts négatifs sur l'environnement et une instabilité des rives sous l'effet de l'érosion à long terme. Afin de remplacer le béton, il est donc crucial de trouver des matériaux de construction respectueux de l'environnement et appropriés à la construction de revêtements sûrs.<br />Les géotextiles, en tant que matériau de protection de rive sont non seulement plus respectueux de l'environnement, mais aussi plus stables à long terme, comparés au béton. Cependant, une mauvaise conception d'un revêtement géotextile peut entraîner une perte considérable du sol de la rive, ce qui peut conduire à la rupture. Aujourd'hui de nombreuses études sur le comportement de revêtements géotextiles soumis à l'érosion ont été réalisées, mais chacune d'entre elles s'est intéressée uniquement à un type d'écoulement. Le comportement réel d'un revêtement géotextile soumis à écoulement est assez compliqué, et suivant le type d'écoulement on définit dans cette étude trois zones : la zone de flux unidirectionnel, la zone de flux cyclique bidirectionnel, et la zone de flux tangentiel.<br />Dans ce projet, le comportement sous érosion de sols non cohésifs ou peu cohésifs avec les trois conditions de flux mentionnées ci-dessus a été étudié avec des essais utilisant un équipement développé pour chaque condition de flux. Les résultats d'essais révèlent qu'un écoulement souterrain dans la zone de flux unidirectionnel peut provoquer l'érosion interne du sol et qu'une partie des particules de sol entraînées peut passer à travers les ouvertures du géotextile. Le reste de ses particules peut se colmater à l'intérieur des fibres du géotextile ou s'accumuler derrière le géotextile, formant une couche filtrante naturelle et réduisant la vitesse de l'écoulement. Une fois que la vitesse d'écoulement est plus basse que la vitesse critique, l'érosion interne du sol cesse.<br />La zone de flux cyclique bidirectionnel peut être identifiée en fonction des conditions de flux de : « flux cylique à court terme » et de cycliques à long terme », selon la période du cycle du flux, pour laquelle le comportement du revêtement géotextile diffère lors de l'érosion. Ainsi, deux instruments d'essais ont été développés. Les résultats d'essais dans un canal à vague grandeur nature avec des conditions de flux cycliques à court terme révèlent que le sol de la couche supérieure de la zone de flux cyclique bidirectionnel est soumis à la charge cyclique des vagues, ce qui peut entraîner un excès de pression interstitielle et aboutir à l'écroulement, tandis que le sol dans la couche moyenne peut être érodé par le flux tangentiel le long de la rive et accumulé en aval. En outre, en plus de l'ouverture du géotextile, le taux de couverture des roches sur le géotextile est aussi un facteur clef qui contrôle le ravinement du sol. Les résultats d'essai utilisant l'instrument de flux cyclique bidirectionnel à long terme, pour une période de flux cyclique particulièrement longue (600 secondes/cycle), montrent que la vitesse d'écoulement dans la couche de sol est trop faible pour déplacer les particules de sol, et on ne s'attend donc à aucune érosion. Cependant, quand la vitesse d'infiltration augmente, la contrainte effective dans le sol diminue en raison de l'augmentation de pression de l'écoulement, causant ainsi un phénomène de boulance (boiling) et un entraînement considérable de sol ainsi que le tassement de celui-ci. En plus, la profondeur d'influence avec cette condition de flux est plus grande qu'avec la condition de flux cyclique à court terme. En outre, d'après les valeurs de gradient hydraulique déduites des mesures réalisées avec deux piézomètres installés au-dessus et au-dessous du géotextile, aussi bien que d'après les images de microscopie électronique de fibres du géotextile, on peut constater que l'extension de la zone de colmatage par les particules de sol n'est pas aussi importante que pour des flux unidirectionnels.<br />Le comportement en érosion dans la zone de flux tangentiel a été étudié avec l'instrument d'essai d'érosion parallèle. Le résultat révèle que le comportement en érosion tangentiel sur la surface de sol peut être défini par la vitesse de flux. Si la vitesse de flux est inférieure que la vitesse critique (vc), aucune érosion n'apparaît. Si la vitesse de flux est entre la vitesse critique et la vitesse de rupture (vf), une érosion permanente se produira à la surface de sol. Si la vitesse d'écoulement est plus grande que la vitesse de rupture, une érosion intense se produira dans le sol et entraînera la rupture du revêtement. De plus, la présence d'un géotextile sur la surface du revêtement a une influence non négligeable sur le comportement en érosion. Les revêtements sans géotextile sur la surface sont soumis à une érosion continue et peuvent finalement s'effondrer en raison d'éboulements en pied de pente. Une couverture géotextile appropriée sur la surface du revêtement peut non seulement éviter l'érosion, mais aussi former une couche filtrante naturelle au-dessous du géotextile qui empêche que l'érosion du sol continue. Une fois que la couche de filtre naturelle est complètement formée, le revêtement est stabilisé.

Au cours de ce dernier siècle, les exemples de liquéfactions occasionnées par les tremblements de terre sont très nombreux, et leurs conséquences sont responsables de plusieurs dégâts importants. Ainsi plusieurs pays se trouvent actuellement confrontés à ce problème et cherchent à améliorer la conception de leurs ouvrages vis à vis du séisme. De nombreux chercheurs ont mené des investigations dans ce sens, mettant en évidence les conditions responsables de la liquéfaction des sols. Le but des recherches menées dans le cadre de cette thèse, consistait à mettre en évidence, par des essais au laboratoire, l'influence des géotextiles sur la résistance à la liquéfaction et d'élucider les fonctions avec lesquelles le géotextile intervient sur cette dernière. Le premier chapitre de ce mémoire présente la définition de la liquéfaction et évoque les différents paramètres rentrant dans le processus de la liquéfaction. Le deuxième chapitre expose une méthode d'évaluation du potentiel de liquéfaction d'un site, par des essais in situ et des essais en laboratoire. Le troisième chapitre traite les différents moyens qui sont utilisés actuellement pour améliorer la résistance à la liquéfaction d'un site. Le quatrième chapitre est consacré essentiellement à la détermination des caractéristiques des sols renforcés par des géotextiles Le cinquième chapitre met en évidence l'influence du géotextile sur la résistance à la liquéfaction

Depuis 2007, la société Sol-Solution avec le partenariat du laboratoire LaMI de l’Université Blaise Pascal de Clermont-Ferrand a entrepris des recherches pour étudier le comportement mécanique d’un ouvrage en sol renforcé par une structure alvéolaire M3S® et soumis à une sollicitation dynamique. Dans le cadre de ce travail de recherche, les sollicitations de type choc ont plus particulièrement été étudiées. Ce mémoire est structuré en 3 parties : la première partie rappelle les caractéristiques principales du comportement mécanique ainsi que les principes généraux de conception d’un ouvrage en sol renforcé par géotextiles M3S®. Une étude bibliographique s’intéresse ensuite à la caractérisation des 3 sollicitations dynamiques retenues (séisme, explosion, choc) et aux méthodes existantes permettant leur prise en compte dans la conception d’ouvrage ; la seconde partie présente l’approche numérique préliminaire qui a conduit au développement de deux modèles numériques d’impacts sur des structures en sol renforcé par géocellulaires. Les résultats ont permis d’identifier les paramètres mécaniques les plus influents des différents matériaux constitutifs ; la dernière partie s’appuie sur les résultats précédents ainsi que sur les lois de similitudes pour concevoir une expérimentation d’un impact sur deux massifs alvéolaires à échelle géométrique 1/10e. L’influence sur la réponse de deux types de renforcement au comportement mécanique différent a été étudiée. Les résultats expérimentaux ont ensuite permis un développement des deux modèles numériques préliminaires. Enfin, les perspectives d’utilisation de cet outil numérique ainsi que les applications industrielles sont présentées. / Since 2007, Sol Solution company with the help of the Clermont-Ferrand Blaise Pascal University’s LaMI laboratory, performed a study on the mechanical behaviour under dynamic load of a structure reinforced by the M3S (c) geocell system. In the context of that PhD, impact solicitations have been studied. This memory is divided in three parts : First part focuses on the main mechanical behaviour characteristics and general rules of reinforced soil with M3S(c) geocells design. Then, the bibliographical approach focuses on the 3 dynamic loads chosen (seism, blast, impact) and on the way they are taking in account on work design ; Second part shows the preliminary numerical approach which lead to the development of two numerical impact model on soil reinforced geocell structure. Results allows us to identify the most influent mechanical parameters of the different materials ; Last part groups numerical and similitude laws that allow to design a 1/10th low-scale impact experiment on two structures. Two different reinforcement were tested, plastic and paper. Experimental results allowed to improve two preliminary numerical models. Finally, discussion about that numerical tool and engineering applications are performed.

L’étude présentée a pour objectif de mieux comprendre l’influence de l’hydrodynamique sur le transfert de produits phytosanitaires lors d’écoulement dans les fossés agricoles. Quatre paramètres ont plus particulièrement été étudiés : i) la vitesse de l’écoulement de surface ; ii) la submergence, définie comme le rapport moyen entre la hauteur des formes du lit et la hauteur d’eau ; iii) la forme du lit et iv) le degré de saturation en eau du lit avant la contamination par les produits phytosanitaires. L’influence de ces paramètres a été étudiée en conditions semicontrôlées à travers la mise en oeuvre d’expérimentations en canal expérimental, au fond duquel a été fixé pour chaque expérimentation un substrat type constitué d’un assemblage de fibres de chanvre utilisé pour approcher de manière simplifiée un système naturel relativement complexe et hétérogène (en considération des nombreux substrats rencontrés dans le lit des fossés naturels : herbes, feuilles mortes, végétation en décomposition, paille, sédiments, …). Les fibres de chanvre ont été choisies après une étude préliminaire en laboratoire visant à comparer les possibilités d’adsorption et de désorption des produits phytosanitaires sélectionnés sur diverses fibres couramment utilisées dans l’industrie géotextile (jute, lin, chanvre, polyamide, polypropylène et polyester). Les expérimentations en canal expérimental ont été menées de manière à tester l’influence spécifique des paramètres étudiés. La comparaison des différentes expérimentations indique qu’une augmentation de la vitesse de l’écoulement de surface augmente la quantité de produits phytosanitaires transférés de l’écoulement de surface vers le lit, ainsi que la cinétique de ce transfert. Le constat est le même lorsqu’on augmente la submergence, ou bien lorsqu’on passe d’une géométrie de petites formes en « dunes » à une géométrie de grandes formes en « créneau ». Enfin, le fait que le lit soit saturé en eau en début d’expérimentation réduit fortement le transfert de la lame d’eau vers le lit. On observe également que l’influence de chaque paramètre semble être interdépendante. Devant le coût en temps et en argent de ces expérimentations, un modèle a été sélectionné dans la littérature, codé et utilisé pour conforter et compléter l’interprétation des données expérimentales. / The aim of this work was to better understand the influence of hydrodynamics on the transfer of pesticides in water flows in agricultural ditches. Special attention was given to four parameters: i) the speed of the surface water flow, ii) the submergence, defined as the mean ratio between the height of the bedforms and the water depth, iii) the shape of the bedforms and iv) the water content of the bed substrate before contamination by pesticides. The influence of these various parameters was investigated with an experimental flume, using a standard of substrate made of hemp fibres. Hemp fibres were chosen as a simplified model of natural substrates such as grass, dead leaves, decaying vegetation, straw and sediments, which are rather complex and heterogeneous. Hemp fibres were selected from preliminary laboratory studies which allowed to compare the adsorption and desorption characteristics of various pesticides for different fibres often used in the geotextile industry (jute, linen, hemp, polyamide, polypropylene and polyester). The flume experiments were designed in order to assess the influence of the four parameters mentioned above. The comparison between the different experiments shows that an increase in surface water speed results in an increase in the amount of pesticides transferred from the water to the bed substrate and the transfer kinetics. A similar result is observed when increasing the submergence, or when going from small sinusoidal bedforms to larger rectangular bedforms. In addition, the data show that the transfer of pesticides from surface water to the bed substrate is strongly decreased when the substrate was saturated with water at the beginning of the experiments. Also, it appears that there is a link between the influence of the differents parameters. When considering the long time duration and the cost of the experiments, it was decided to use a model from the literature which was adapted and used to confirm and extend the interpretation of the experimental data.

Depuis 2007, la société Sol-Solution avec le partenariat du laboratoire LaMI de l'Université Blaise Pascal de Clermont-Ferrand a entrepris des recherches pour étudier le comportement mécanique d'un ouvrage en sol renforcé par une structure alvéolaire M3S® et soumis à une sollicitation dynamique. Dans le cadre de ce travail de recherche, les sollicitations de type choc ont plus particulièrement été étudiées. Ce mémoire est structuré en 3 parties : la première partie rappelle les caractéristiques principales du comportement mécanique ainsi que les principes généraux de conception d'un ouvrage en sol renforcé par géotextiles M3S®. Une étude bibliographique s'intéresse ensuite à la caractérisation des 3 sollicitations dynamiques retenues (séisme, explosion, choc) et aux méthodes existantes permettant leur prise en compte dans la conception d'ouvrage ; la seconde partie présente l'approche numérique préliminaire qui a conduit au développement de deux modèles numériques d'impacts sur des structures en sol renforcé par géocellulaires. Les résultats ont permis d'identifier les paramètres mécaniques les plus influents des différents matériaux constitutifs ; la dernière partie s'appuie sur les résultats précédents ainsi que sur les lois de similitudes pour concevoir une expérimentation d'un impact sur deux massifs alvéolaires à échelle géométrique 1/10e. L'influence sur la réponse de deux types de renforcement au comportement mécanique différent a été étudiée. Les résultats expérimentaux ont ensuite permis un développement des deux modèles numériques préliminaires. Enfin, les perspectives d'utilisation de cet outil numérique ainsi que les applications industrielles sont présentées.

Les travaux présentés relatent la mise au point d'un procédé d'épuration aérobie en lit immergé par bactéries fixées sur support géotextile. Ce matériau facilite la réalisation et l'exploitation des installations par rapport aux lits immergés granulaires. La bibliographie et les expériences préliminaires menées sur différents géotextiles démontrent que les critères de choix pour les matériaux de fixation sont indissociables de leur mise en œuvre. Pour la suite de cette étude le géotextile ENKAMAT est utilisé. La colonisation du support sélectionné est réalisée dans un pilote industriel à l'intérieur duquel le matériau est disposé en nappes. La méthodologie du suivi consiste à faire varier la charge polluante en agissant sur le débit d'eau et le dopage de l'effluent, voire les deux. Les performances du procédé sont étudiées en mesurant régulièrement les paramètres classiques de pollution. Les caractéristiques hydrauliques du lit se déduisent de la distribution du temps de séjour, évaluée par traçage. La chromatographie en phase gazeuse permet de quantifier le transfert de l'oxygène. Le procédé fonctionne par cycles de 2 à 12 jours entrecoupés de lavages air-eau. La capacité maximale, mesurée en charge volumique appliquée, est d'environ 7 kg DCO/m3/j pour une durée de fonctionnement de 3-4 jours, satisfaisant le niveau de rejet e (norme française : MES 30 mg/1, DBO5 30 mg/1, DCO 90 mg/1). La modélisation des phénomènes de l'épuration révèle que : - la cinétique d'élimination du substrat organique est d'ordre 1, - la charge particulaire de l'eau épurée dépend à la fois du décrochage du biofilm, fonction de la vitesse de l'eau, et de la croissance des bactéries libres, - la durée du cycle est liée à l'accumulation de la biomasse fixée, - et que la diffusion du substrat organique contrôle l'épuration. De plus, cette modélisation a permis l'élaboration d'abaques de dimensionnement de lit immergé sur géotextile.

L'emploi de textiles comme additif à des ouvrages en terre est devenu un des procédés majeurs d'amélioration des sols. Ce rmémoire aborde ainsi le thème général de l'interaction d'un milieu fibreux et d'un milieu granulaire sous ses différents aspects géomécaniques. Une première partie est consacrée à la fonction hydraulique d'un géotextile et la seconde partie à la fonction de renforcement. 1 - Fonction hydraulique d'un géotextile : Une loi de perméabilité est proposée pour les milieux fibreux, prenant en compte les paramètres de structure, fibrométrie, porosité, liaisons inter-fibres et anisotropie. A partir des résultats obtenus sur deux fluides, on définit un nombre de Reynolds critique, en -dessous duquel on peut garantir la précision de la mesure. L'application de l'analyse morphométrique permet une formulation de la porométrie d'un textile non-tissé en fonction de la densité des fibres. A partir de là l'auteur propose une détermination théorique de l'ouverture maximale du géotextile (paramètre standard des critères de filtres) basée sur la probabilité de passage d'une particule au travers d'une épaisseur textile de porométrie définie et en déduit une interprétation des divers modes opératoires relatifs à cette mesure . En ce qui concerne le comportement en filtration, l'auteur fait apparaître les contradictions existant entre les différents critères actuellement proposés et une étude expérimentale est présentée, portant principalement sur ces cas de divergence : le mécanisme de rétention des particules par le filtre dépend essentiellement de l'uniformité du sol, de la contrainte de confinement et du gradient hydraulique . 2- Fonction de renforcement d'un géotextile : Les géotextiles constituent des armatures à faible rigidité en traction et à faible raideur en flexion . Le calcul à la rupture d'un sol renforcé devra donc prendre en compte les grandes déformations du complexe sol-textile. Une fois défini le comportement en traction et en ancrage d'une nappe textile, l'auteur présente le traitement complet d'un problème type : il s'agit du poinçonnement d'un bicouche sol pulvérulent sur sol mou, renforcé à l'interface, représentant le problème d'une chaussée sur sol compressible. L'étude comprend une partie expérimentale synthétisant les résultats d'essais de chargement quasi -statique ou cyclique effectués en grande cuve, et une partie théorique où il est proposé une estimation du gain de portance dû au géotextile à partir de la théorie des membranes et de la définition des lois d'interaction sol-textile. Le mécanisme proposé considère un double effet du renforcement, un effet membrane et un effet répartiteur.

La technique de renforcement des sols par des géosynthétiques permet, par l'utilisation d'un matériau d'apport de caractéristiques moyennes et le choix d'une géométrie appropriée, la réalisation d'ouvrages en terre à caractère définitif économiques. L'application de la technique de renforcement des sols par géosynthétiques pour la conception des culées de ponts est pour sa part sûrement envisageable du point de vue technique et pratique. Toutefois, le comportement de tels ouvrages, surtout leur comportement à la rupture, est encore mal défini. Dans ce mémoire, on s'est plus spécifiquement intéressé au comportement d'un massif de sol renforcé par des nappes d'un non tissé, dans lequel une instrumentation complexe a été appliquée. L'ouvrage a été soumis à un chargement vertical concentré en tête jusqu'à la rupture. Une étude paramétrique du chargement en tête a été ensuite réalisée sur cinq modèles réduits en centrifugeuse, pour approfondir l'étude du comportement à la rupture. La première partie du mémoire présente brièvement les géotextiles actuels et leurs techniques d'utilisation en géotechnique, ainsi que les méthodes de dimensionnement des ouvrages renforcés par géotextiles. La seconde partie expose toutes les informations et les principaux résultats des études expérimentales. La troisième partie regroupe les analyses des comportements observés et propose une méthodologie de dimensionnement pour les ouvrages renforcés par géotextiles chargés en tête. Les résultats des mesures faites au cours de la mise en oeuvre et du chargement à la rupture de l'ouvrage en vraie grandeur, ainsi que l'étude paramétrique du chargement en tête sur les modèles réduits, ont permis de mieux comprendre le comportement de tels ouvrages et de montrer qu'il est possible de décrire de façon satisfaisante les comportements observés par des calculs classiques à l'équilibre limite.