The main objective of this research is to present a robust numerical framework based upon Isogeometric analysis (IGA) for simulation of thermo-hydro-mechanical (THM) processes in variably saturated soils. The proposed platform employs the Bézier extraction operator to connect IGA to the conventional finite element analysis (FEA), allowing to take advantage of features offered by the two methods. In the first part, the formulation and numerical implementation for fully coupled numerical simulation of THM problems in saturated porous media are presented. The results are compared against analytical solutions and experimental tests available in the literature. In the second part, the proposed method is used to study the temperature effect on the hydro-mechanical response of sd supporting hydrocarbon pipelines, an aspect that has been overlooked in the majority of previous studies. The results highlight the need for considering nonisothermal behavior in different analysis and design stages of sd-buried pipelines. In the third part, the proposed IGA-FEA framework is extended to evaluate the nonisothermal elasto-plastic behavior of unsaturated soils. Drucker-Prager yield surface is used as criterion to limit the modified effective stress where the model follows small strain, quasi-static loading conditions. The framework is used to simulate strain localization of unsaturated dense sand subjected to undrained compression loading. In comparison with FEA, the present method smoothly distributes plastic strain over the adjacent elements. The parametric study highlights the importance of considering temperature effects in elasto-plastic analysis of unsaturated soils.

Prolonger la durée de vie d’un parc nucléaire impose de garantir la pérennité des enceintes de confinement, troisième et dernière barrière de protection contre les potentielles émissions radioactives. Ces structures sont attentivement auscultées depuis la construction grâce à un dispositif de mesures spécifiques incluant des extensomètres noyés dans le béton. De conception intrinsèquement fiable et bien que largement éprouvés, ces capteurs de déformation commencent à présenter des taux de défaillance significatifs, nécessitant, de fait, le recours à des chaînes de mesure de substitution. En ne pouvant être mises en œuvre qu’au voisinage de la surface du béton, ces solutions ne permettent qu’un accès indirect à la déformation initialement observée. Des doutes peuvent dès lors être émis sur la représentativité des mesures et par conséquent sur la qualité de la surveillance.Pour analyser l'influence de la localisation de la mesure, le développement et l'exploitation de deux modèles numériques éléments finis complémentaires sont proposés. Il s’agira principalement, pour l’un, de quantifier les possibles écarts de comportement sur le long terme et en épreuve liés aux gradients de température et d’humidité ; et pour l’autre, la variabilité liée au caractère hétérogène et particulier de la géométrie des enceintes. Suite à la calibration des modèles de comportement thermo-hydro-mécanique, s’appuyant sur des résultats d'essais matériaux en laboratoire, une prévision à l'échelle de la structure, utilisant des chargements sur ouvrage reconstruits à partir de données historiques ou de synthèses fondées sur le retour d’expérience du parc nucléaire français exploité par EDF, est menée. L'historique de déformation est ainsi reconstruit en tout point de l'enceinte pour en déduire un modèle analytique des variations spatiales dans l'enceinte des déformations afin de faciliter son exploitation.En mettant en évidence de faibles écarts sur le long terme entre position à cœur et en surface, il est d'abord démontré que des chaînes de mesure de substitution sont utilisables avec un bon niveau de confiance en dehors des zones singulières. Par ailleurs, l’usage de fonctions de correction basées sur les transferts physiques régnant dans la structure permet de minimiser l’influence des changements de position de mesure dans l’épaisseur. / Extending the life of nuclear plant needs to ensure the sustainability of containment, third and last barrier against potential radioactive emissions. These structures are closely monitored from construction through a specific measuring system including strain gauges embedded in the concrete. Inherently reliable, though widely proven technology, these strain sensors start presenting significant failure rates, requiring the use of substitution measure chains. These solutions, which can only be placed near surface of concrete, allow only an indirect access to the initially observed strain. Doubts may therefore be issued on the representativeness of measurements and therefore on the quality of monitoring.To analyze the influence of the location of the measurement, the development and exploitation of two finite elements numerical models are proposed. This will be mainly for one to quantify the possible misbehavior in the long term and during tests related to temperature and moisture gradients; and for the other, the variability related to heterogeneous and particular nature of the geometry of nuclear power plant. As a result of the calibration of the thermo-hydro-mechanical behavior models, based on laboratory materials test, a forecast throughout the structure is conducted, using reconstructed loads from historical data or syntheses based on feedback from the french nuclear power plant operated by EDF. The history of deformation is thus reconstructed in any enclosure point to settle an analytical model of the spatial variations of the enclosure deformation to facilitate its operations.Highlighting small long-term differences between embedded and surface position, it is first shown that alternative measuring systems can be used with a high confident level outside singular position. Furthermore, the use of correction functions based on physical transfers prevailing in the structure makes it possible to minimize the influence of position measurement of changes in thickness.

La modélisation des massifs rocheux fracturés est un problèmes important dans de nombreux secteurs industriels, y compris, mais sans s'y limiter à l'exploitation pétrolière et gazière. Dans la littérature, les roches fracturées sont reconnues comme des milieux à double porosité et double perméabilité dans lesquels le réseau de fractures fournit la perméabilité primaire et la matrice rocheuse la perméabilité secondaire. L'idée de la dissociation de l'écoulement à l'intérieur du réseau de fractures et de la matrice,la double perméabilité, est toujours contestée pour les réservoirs fracturés. De nombreuses contributions sur cette question ont été présentées dans la littérature et les méthodes utilisées pourraient être classées dans deux approches principales : approches continues et discontinues. Chaque approche a ses avantages et ses limites. Pour surmonter les limites en gardant les avantages de ces deux approches, une approche nommée Embedded Fracture Continumm Approach (EFCA) qui emprunte le concept du modèle continu et intègre également l'effet des fractures explicites est considérée dans cette thèse. L'idée principale de cette approche repose sur le concept de la « cellule fracturée » représentant un milieu poreux qui a ses propres propriétés calculées à partir des propriétés de la matrice poreuse et des fractures qui la traversent. Le code de calcul développé dans le cadre de ce travail est basé sur la bibliothèque source DEAL.II. L'exactitude de l'EFCA a été étudiée à travers de différents tests. Plusieurs applications traitées dans ce travail comme la détermination des propriétés hydro-mécaniques effectives d'un site réel, estimation de la production de puits dans laquelle les fractures sont modélisées explicitement, démontrent la performance de l'EFCA dans la modélisation des roches fracturées ainsi que l'effet de la double porosité et de la double perméabilité aux comportements des réservoirs fracturés. / Fractured rock masses modeling is a challenge issue in many field of industry including but not limited to oiland gas exploitation. In the literature, fractured rock masse are in many cases recognized as double permeability medium in which fracture network provides the primary permeability and rock matrix plays asthe second one. The idea of dissociation of flow inside the fracture network and the matrix, the double permeability, is still challenged for fractured reservoirs. Numerous contributions on this issue have been presented in the past could be cast in two main approaches: continuum media approach and discontinuous approach. Each approach has its advantages and limitations. To overcome the limitation and to take advantage of these two approaches, the Embedded Fractured Continuum Approach (EFCA) which borrows the concept of continuum models and also incorporates the effect of explicit fractures is considered in this thesis. The principal idea of this approach lies on the concept of fracture cell representing a porous medium that has their own properties calculated from the properties of porous matrix and fractures intersecting it.The development in this work was conducted by using the library source code DEAL.II. The accuracy of EFCA was investigated through different verifications. Through some applications: determination of effective hydro-mechanical properties of an actual site, estimation of well production in which necessary fractures are modeled explicitly, we demonstrate the performance of the EFCA in the modeling fracture drock masses as well as the effect of double porosity and double permeability on behaviours of fractured reservoirs.