L’évolution actuelle du contexte socio-économique oblige les différents acteurs du secteur des travaux publics à s’adapter aux problématiques du développement durable. Dans le domaine des ouvrages en terre, les entreprises doivent proposer des solutions techniques de valorisation des matériaux situés dans l’emprise des projets afin de limiter les emprunts extérieurs et la mise en dépôt des sols non utilisés. Les techniques de traitement des sols constituent une possibilité de valoriser ces matériaux. Cette étude se focalise sur quatre produits de traitement (kaolinite, bentonite, chaux et ciment) ainsi que sur leurs effets sur le comportement hydromécanique et la résistance à l’érosion interne d’un limon fin. Un dispositif d’érosion interne HET optimisé a été spécialement conçu dans le cadre de ce travail pour déterminer les caractéristiques d’érosion des sols traités notamment à la chaux et au ciment. Au-delà de la caractérisation des effets du traitement sur le comportement hydromécanique à court terme des sols, le travail de cette étude s’étend sur la durabilité des traitements et l’évolution du comportent hydromécanique à long terme des sols traités soumis à des sollicitations hydriques de séchage-humidification. Cette étude de la durabilité est effectuée à travers une approche multi-échelle fondée sur des données d’études en laboratoire sur des éprouvettes de sol traité et des investigations in situ sur des ouvrages hydrauliques en sol traité. L’étude montre que les sollicitations hydriques peuvent dégrader les performances du sol traité. Cette dégradation se traduit par une augmentation de la conductivité hydraulique, une diminution de la résistance mécanique et aussi une diminution de la contrainte critique qui exprime une diminution de la résistance à l’érosion interne. La cinétique de perte de performances est conditionnée par la nature du produit de traitement et son dosage utilisé, et aussi par le niveau d’exposition, le nombre et l’intensité des cycles hydriques. Cependant, l’étude in situ montre qu’il est possible de diminuer la cinétique de dégradation des performances de sols à travers des dispositions constructives adaptées. / The current evolution of the social and economic context requires from the different actors of the public works sector to adapt their practices to the challenges of sustainable development. In the field of earthworks, companies must offer technical solutions to reuse the materials located in the vicinity of the projects in order to limit the borrowing materials and unused soils deposits. Soil treatment may allow the reuse of these materials. This study was focused on four treatment products (kaolinite, bentonite, lime and cement) as well as their effects on the hydro-mechanical behavior and internal erosion resistance of a fine silt. An enhanced HET device was designed in the framework of this study to determine the internal erosion characteristics of treated soils especially with lime and cement. Beyond the characterization of treatment effects on short-term hydro-mechanical behavior of soils, the work of this study extends to the durability of treatment and the evolution of long-term hydro-mechanical behavior of treated soils subjected to drying-wetting cycles. This study of sustainability was carried out through a multi-scale approach based on laboratory study data on soil samples and field investigations on hydraulic structures made of treated soil. The study showed that hydraulic conditions variations can decrease the performance of treated soils. These degradations result on an increase in hydraulic conductivity, a decrease of the mechanical strength and also a reduction in the critical shear stress which expresses a decrease of the internal erosion resistance. The kinetic of performance loss depends to the nature of the treatment product and percentage used as well as the exposure level, the number and amplitude of the hydraulic variations. However, the field study showed that it is possible to reduce the kinetic degradation of the soil performance through an appropriate construction design.

Une revue bibliographique présente le problème de l'érosion et les études antérieures. Une campagne d'essais est menée à l'aide de deux érodimètres (JET/HET) sur un ensemble de sols naturels, compactés suivant le protocole Proctor. L'interprétation des essais est effectuée avec les méthodes de la littérature. Les paramètres obtenus dépendent de l'appareil utilisé avec un mécanisme identique. Une méthode d'interprétation basée sur l'énergie hydraulique dissipée est développée pour les deux érodimètres. Pour une masse érodée donnée, les énergies sont similaires. L'indice de résistance à l'érosion proposé permet de regrouper sur un meme plan les essais. Une analyse statistique aboutit à l'expression de l'indice de résistance à l'érosion en quelques paramètres au voisinage de l'optimum Proctor. Une étude de la variabilité de la sensibilité à l'érosion met en évidence l'influence du degré de saturation et la corrélation de la perméabilité avec l'indice de résistance à l'érosion.

Les processus érosifs constituent la cause majeure des ruptures des ouvrages hydrauliques comme les digues ou les barrages en terre. Ils touchent également de nombreux ouvrages comme les remblais d'infrastructure de transport ou les fondations de piles de ponts. Les phénomènes d'érosion sont des processus complexes qui dépendent de multiples paramètres. Il est donc indispensable de les caractériser au travers d'essais dédiés. Deux mécanismes principaux d'érosion sont généralement distingués sur les ouvrages linéaires en terre : l'érosion interne et la surverse. La dispersivité du sol est également un facteur important dans ces processus. Le présent travail étudie ces phénomènes à l'aide de trois dispositifs expérimentaux : l'essai d'érosion de trou (HET « Hole Erosion Test ») qui étudie l'agrandissement d'un canal circulaire par analogie à l'érosion interne (érosion de conduit), l'érodimètre à jets mobiles (MoJET « Mobile Jets Erosion Test ») qui érode la surface du sol par des jets perpendiculaires avec des analogies à l'érosion de surface et l'essai d'émiettage amélioré (ECT « Enhanced Crumb Test ») qui évalue le potentiel de désagrégation d'une texture de sol en absence de sollicitation mécanique. Dans une première partie, nous nous sommes intéressés à développer et améliorer ces trois dispositifs expérimentaux, leur protocole d'essai ainsi que leur interprétation pour une application plus pertinente sur les ouvrages. Ainsi, pour le HET, une nouvelle méthode d'interprétation indépendante de l'hydraulique de l'écoulement est proposée. Le dispositif a également été adapté pour réaliser des essais sur des éprouvettes peu perturbées et les plages de sollicitations ont été étendues pour rendre l'essai à la fois applicable sur des sols très résistants et sur des sédiments très sensibles à l'érosion. Le dispositif de MoJET a été utilisé pour effectuer des campagnes d'essais sur ouvrages pilotes avec un mode opératoire révisé. Enfin, le dispositif d'essai d'émiettage a été amélioré pour effectuer un suivi temporel quantitatif de la désagrégation du sol dans l'eau et un protocole a été défini pour la réalisation d'essais sur les sols reconstitués ou prélevés. Dans une seconde partie, les différentes méthodes d'expérimentation ont été appliquées sur deux études pratiques. La première étude porte sur l'utilisation de chaux pour traiter les sols utilisés dans les ouvrages hydrauliques. Nous montrons au travers de campagnes d'essais en laboratoire et sur ouvrages pilotes que l'utilisation d'un tel traitement diminue considérablement la sensibilité à l'érosion des sols traités. La seconde étude porte sur l'influence de la salinité de l'eau (environnante ou constitutive du sol) sur les phénomènes d'érosion et de dispersion. L'utilisation des différents essais a permis de discuter l'influence de plusieurs paramètres et de caractériser le comportement des sols face aux différents aspects des processus érosifs / Erosion Erosion processes are the major cause of failures in hydraulic earthworks such as levees and earth dams. They affect as well many structures including transport infrastructure embankments or foundations of bridge piers. Erosion phenomena are complex processes depending on multiple parameters. It is therefore essential to characterize them through direct measurements. Two principal mechanisms of erosion are generally distinguished on earthworks: internal erosion and overtopping. Dispersivity of the soil is also an important factor in these processes. The present work studies these phenomena using three experimental devices: the Hole Erosion Test (HET), which examines the enlargement of a circular channel simulating internal erosion (piping), the Mobile Jets Erosion Test (MoJET) that erodes the by jets perpendicularly to soil surface by analogy to surface erosion and the Enhanced Crumb Test (ECT) which quantifies the disintegration potential of a soil texture in the absence of mechanical loads. In the first part, we were interested in developing and improving these three experimental devices, their testing protocol and interpretation methods for a more relevant application on earthworks. Thus, for the HET, a new interpretation method independent of the hydraulic flow is proposed. The device has also been adapted to perform tests on undisturbed soil samples and the ranges of stresses have been extended to make the test applicable from highly sensitive sediments to highly resistant soils. The MoJET device was used to perform series of tests on problematic earthworks with a revised procedure. At last, the Crumb Test has been enhanced to perform quantitative monitoring of disaggregation of soil specimens in water and a protocol has been defined for conducting tests on reconstituted or undisturbed soil specimens. In the second part, the different test methods were applied to two practical studies. The first study focuses on the application of lime treatment to hydraulic earthworks. It has been found through series of tests in the laboratory and on experimental earthworks that the application of such treatment technique reduces significantly the sensitivity to erosion of soils. The second study examined the influence of water salinity (pore water or eroding/permeant water) on erosion and dispersion. The use of different tests led to discuss the influence of several parameters and characterize the behavior of soils in various aspects of erosion processes

Les mécanismes d'érosion sont la principale cause de rupture des ouvrages hydrauliques en remblai, c'est pourquoi il est capital de pouvoir quantifier la résistance des sols à l'érosion. Divers appareillages permettent d'en obtenir une estimation, notamment le Jet Erosion Test (JET) dont le modèle d'interprétation est empirique. L'objectif de ce travail est de statuer sur la pertinence ce modèle d'interprétation. Pour cela, nous avons développé un modèle numérique 2D de type Navier-Stokes turbulent avec déplacement d'interface et remaillage, permettant de modéliser l'érosion d'un sol cohésif par un écoulement turbulent. En injectant dans notre modèle les paramètres d'érosion trouvés à la suite d'essais de JET, on retrouve numériquement l'évolution de la profondeur d'affouillement obtenue expérimentalement. Nous avons appliqué cette méthode à trois différents essais de JET, les résultats obtenus sont en bon accord avec les résultats expérimentaux. En plus d'une importante étude paramétrique, ces résultats ont permis d'apporter d'importants éléments de validation au modèle d'interprétation du JET. Pour étendre le champ d'applicabilité du modèle, nous avons également appliqué cette méthode de modélisation à la configuration de l'érosion de conduit. Trois essais de Hole Erosion Test (HET) ont été modélisés et nous avons également obtenus des résultats en bon accord avec les résultats expérimentaux. Une analyse de la loi d'érosion et des paramètres d'érosion obtenus à la suite d'essais de JET et de HET a ensuite été initiée. Les bases d'une étude portant sur l'influence de l'angle d'incidence de l'écoulement, sur l'efficacité de l'érosion, ont été posées. / Erosion mechanisms are the main cause of hydraulic failure in embankments. Therefore, the resistance of soils to erosion must be quantified. To this hand, several devices are used such as the Jet Erosion Test (JET), whose model of interpretation is strongly empirical. The aim of this study is to determine the relevance of the interpretation model of the JET. For this purpose, a 2D Navier-Stokes numerical model of erosion of cohesive soils by a turbulent flow has been proposed. We first developed and implemented an interface movement model, whose input parameters are the erosion parameters found experimentally by JET test. Then, the scour depth evolutions obtained numerically for three JET test cases are compared to experimental data. Good agreement is obtained. A parametric study has also been conducted to validate the accuracy of the numerical results. These results contribute to the validation of the JET interpretation model. To extend its domain of application, we applied the numerical model to concentrated leak erosion during Hole Erosion Tests (HET). Three HET were modeled and, here again, our numerical results are in satisfactory agreement with the experimental results from the tests. An analysis of the erosion law and erosion parameters obtained with JET and HET was finally initiated. The potential influence of the flow incidence angle on the erosion efficiency was underlined.

Les mécanismes d'érosion sont la principale cause de rupture des ouvrages hydrauliques en remblai, c'est pourquoi il est capital de pouvoir quantifier la résistance des sols à l'érosion. Divers appareillages permettent d'en obtenir une estimation, notamment le Jet Erosion Test (JET) dont le modèle d'interprétation est empirique. L'objectif de ce travail est de statuer sur la pertinence du modèle d'interprétation du JET. Pour cela, nous avons développé un modèle numérique 2D de type Navier-Stokes turbulent avec déplacement d'interface et remaillage, permettant de modéliser l'érosion d'un sol cohésif par un écoulement turbulent. En injectant dans notre modèle les paramètres d'érosion trouvés à la suite d'essais de JET, on retrouve numériquement l'évolution de la profondeur d'affouillement obtenue expérimentalement. Nous avons appliqué cette méthode à trois différents essais de JET, les résultats obtenus sont en bon accord avec les résultats expérimentaux. En plus d'une importante étude paramétrique, ces résultats ont permis d'apporter d'importants éléments de validation au modèle d'interprétation du JET. Pour étendre le champ d'applicabilité du modèle, nous avons également appliqué cette méthode de modélisation à la configuration de l'érosion de conduit. Trois essais de Hole Erosion Test (HET) ont été modélisés et nous avons également obtenus des résultats en bon accord avec les résultats expérimentaux. Une analyse de la loi d'érosion et des paramètres d'érosion obtenus à la suite d'essais de JET et de HET a ensuite été initiée. Les bases d'une étude portant sur l'influence de l'angle d'incidence de l'écoulement, sur l'efficacité de l'érosion, ont été posées.