Synthèse bibliographique faisant le point des connaissances actuelles sur les modèles élasto-plastiques avec écrouissage utilisés pour représenter le comportement des sables. Présentation de modèles développés récemment. Réflexions sur leur capacité à représenter d'une façon pratique certains aspects du comportement réel des sols pulvérulents. Mise au point d'algorithmes de résolution par la méthode des éléments finis du problème de frottement-décollement d'interfaces. Applications et mises en oeuvre d'un programme permettant le couplage du frottement et décollement de contact avec l'élasto-plasticité du massif. Les quatre exemples différents choisis touchent divers domaines du génie civil.

Ce travail est consacré à la formulation et à la résolution des problèmes de mécanique des milieux poreux dans la situation, courante dans le domaine pétrolier, et susceptible de se produire en génie civil et en géotechnique, dans laquelle le squelette subit une transformation géométrique finie. Comme pour les milieux continus monophasiques (ou "secs"), la prise en compte des transformations finies nécessite d'utiliser un formalisme plus complexe que celui employé dans le cadre familier des petites perturbations. Sur le plan théorique, la principale difficulté réside dans la formulation du comportement, abordée ici en s'appuyant sur l'étude de la thermodynamique du milieu. On présente d'abord (chapitre 1) la modélisation mécanique des milieux poreux due à Biot, et le cadre thermodynamique mis en place par Coussy pour l'étude des milieux continus ouverts. On étudie dans le chapitre 2 la formulation du comportement poroélastique, en portant une attention particulière aux milieux dont le constituant solide est incompressible. Le chapitre 3 compare, pour l'étude de la consolidation et de la compaction unidimensionnelles en poroélasticité, les résultats obtenus en transformation finie avec les résultats d'une modélisation en transformation infinitésimale. Le chapitre 4 est consacré à la formulation du comportement poroélastoplastique en transformation finie. On propose notamment un modèle qui généralise le modèle Cam-Clay aux milieux poreux en transformation finie. Le chapitre 5 présente les principes des méthodes de résolution numérique en poroélastoplasticité finie, et la résolution d'un problème académique simple. En pratique, l'étude des problèmes abordés dans ce travail montre que la prise en compte complète des transformations finies permet d'éviter de commettre des erreurs significatives sans augmenter sensiblement la difficulté de la résolution des problèmes.

La présence de plusieurs formations argileuses affleurantes ou sub-affleurantes en région parisienne classe cette région parmi les plus vulnérables au phénomène de retrait-gonflement. Deux formations sont plus particulièrement concernées : les Argiles vertes de Romainville et les Marnes bleues d'Argenteuil. Ce mémoire est consacré à l'étude du comportement du retrait-gonflement de ces sols à partir d'une analyse menée au laboratoire, des caractéristiques minéralogiques, microstructurales, géotechniques et hydromécaniques. Les résultats obtenus mettent en évidence une différence de comportement entre les deux sols étudiés et soulignent l'importance de la présence et de la nature des minéraux argileux et de la texture du sol, sur le phénomène de retrait-gonflement et sur les transformations microstructurales qui en découlent. Ils montrent aussi le rôle joué par les carbonates, la cimentation et les conditions initiales sur les sols intacts ou remaniés lors des échanges hydriques. Enfin, l'influence des cycles de séchage/humidification sur le comportement hydromécanique des sols étudiés a été analysée. Les résultats montrent qu'au cours des cycles successifs de sollicitations hydriques, alors que les échantillons de sol présentent une augmentation du taux de gonflement cumulé, une stabilisation des déformations de chacun des cycles est atteinte au bout du troisième ou quatrième cycle. Ces résultats sont en relation avec une réorganisation de la microstructure mise en évidence par l'analyse microstructurale (MEB, porosimétrie).

Des modèles élastoplastiques écrouissables incorporant des lois de dilatance réalistes ont récemment été mis au point pour décrire le comportement des sables. La capacité portante en frottement des fondations sous charge axiale dépend largement de la valeur des contraintes normales au fût après mise en place et chargement ; ces contraintes peuvent, a priori, varier fortement avec la dilatance. Les études théoriques dans ce domaine se sont limitées jusqu'à présent aux cas de milieux élastiques et de milieux dilatants modélisés d'une manière relativement simple : milieu linéaire dilatant ou milieu élastique-parfaitement plastique. Ces comportements ne correspondent qu'imparfaitement au comportement réel des sols dilatants. Dans le travail présenté ici, on a étudié les modèles élastoplastiques écrouissables de Nova et al. à une seule surface de charge et de Vermeer à deux surfaces de charge. Ces modèles sont capables de représenter les principales caractéristiques des matériaux granulaires dilatants, au moins quand ils sont soumis aux trajets de chargement monotones des essais classiques de laboratoire. Ces deux modèles ont été programmés dans le code d'éléments finis ROSALIE et leurs réponses dans le cas d'un essai triaxial de compression ont été examinées. Ils ont ensuite été appliqués aux problèmes des pieux sous charge axiale. Les résultats des calculs effectués ont mis en évidence l'importance de la prise en compte du glissement avec frottement à l'interface sol-pieu pour tous les modèles de sols utilisés. Le comportement du sol, qui est identique pour les modèles élastique et élastique-parfaitement plastique, est différent pour les modèles élastoplastiques écrouissables, les déplacements axiaux étant plus élevés dans ces derniers cas. Une certaine augmentation de volume élastique a, par ailleurs, été relevée au voisinage du pieu pour tous les calculs. La dilatance plastique existe dans tous les calculs élastoplastiques mais elle se manifeste généralement assez tard, à peu près en même temps que le glissement relatif sol-pieu. L'effet conjugué de la dilatance plastique et des augmentations de volumes élastiques induit en moyenne une certaine diminution de la contrainte radiale sur le fût par rapport au calcul élastique. Au vu de ces résultats, et pour les modèles utilisés, il semble donc que la dilatance des sols granulaires n'accroisse pas la capacité portante en frottement, tout du moins par augmentation de la contrainte radiale.

A la suite d'une synthèse bibliographique sommaire sur le rôle de la vibration dans le compactage des matériaux granulaires, on examine les bases théoriques relatives à la schématisation du comportement de l'ensemble sol-vibrateur à l'aide des modèles à paramètres concentrés du type masse-ressort-amortisseur ; l'analyse du rôle des caractéristiques mécaniques du matériau dans le comportement vibratoire de l'ensemble sol-rouleau permet d'interpréter plusieurs constatations expérimentales antérieures (essais sur le Vibrex). Cette approche met par ailleurs en évidence l'importance de la variabilité de l'aire de contact sol-rouleau. Les variations de l'aire de contact en fonction des caractéristiques mécaniques du matériau et de la charge statique appliquée fait l'objet d'une étude expérimentale (essais en fosse) et théorique au cours de laquelle la recherche de modèles aux éléments finis élasto-plastiques pouvant expliquer les résultats expérimentaux permet de mieux connaître le rôle des principaux paramètres dont dépend le phénomène réel. La dernière partie est consacrée à l'étude, par la méthode des Eléments Finis, des sollicitations dynamiques induites dans le massif de sol (supposé élastique ou visco-élastique). Afin de simuler les conditions aux limites réelles, on est amené à appliquer la méthode des "bords à amortisseurs visqueux" proposée par Lysmer et Kuhlemeyer.

On fait en première partie le point sur les calculs existants concernant le creusement de trous ou de tranchées dans le sol au moyen de jets liquides. On est amené à s'intéresser au problème particulier du découpage d'une tranchée rectiligne de profondeur constante dans un sol, à l'aide d'un jet quasi-continu d'eau pressurisée à quelques dizaines de MPa. Le modèle adopté est décrit dans la deuxième partie où on se donne le comportement du jet libre dans l'air et celui du sol, ainsi que l'expression des conditions au contact entre le jet et le sol. L'exploitation du modèle dans le cas bidimensionnel et pour un sol où la phase est initialement discontinue fait l'objet de la 3ème partie. Après résolution des équations, on vérifie les diverses approximations faites et on compare les prévisions théoriques du modèle aux résultats d'expérience de laboratoire. La 4ème partie est consacrée aux extensions possibles du modèle.

Etude réalisée à partir de travaux de recherche effectués au Centre Expérimental du Bâtiment et des Travaux Publics pour la compréhension du comportement mécanique des sols en tant que milieux granulaires. Le problème de contact intergranulaire est abordé du point de vue de la mécanique rationnelle et du point de vue de la loi de comportement. Formulation de caractéristiques statistiques de l'état mécanique d'un milieu granulaire. Il s'agit du prolongement à un milieu des paramètres d'état d'un système en vue de faire intervenir ces paramètres dans des lois statistiques qui régissent le comportement d'un milieu granulaire. Compte-rendu et interprétation d'essais effectués au CEBTP sur un nouveau matériau granulaire artificiel.

Cette recherche, entreprise dans le cadre d'un programme de la C.C.E. pour le compte du Commissariat à l'Energie Atomique a pour objectif d'étudier les effets à long terme de variations de température sur le volume et la texture de sols argileux, en fonction notamment de leurs caractéristiques pétrophysiques et pétrographiques initiales et de leur état de consolidation. Cette étude repose d'un point de vue expérimental sur le suivi de la déformation volumique et de la perméabilité d'échantillons placés dans une cellule oedométrique et soumis à des sollicitations thermiques dans la gamme de température 20°C-110°C. Une étude texturale complète (porosimétrie au mercure, observation au M.E.B., etc) avant et en fin d'essai permet d'apprécier l'évolution de la texture des matériaux. D'une analyse bibliographique sur les argiles, leurs caractéristiques, leur évolution avec la température et leur déformation volumique uniaxiale lors d'un chargement pour différentes températures, il ressort qu'une argile peut présenter un comportement dilatant ou compactif sous l'effet d'une augmentation de température. Le comportement est le plus souvent compactif à la pression de préconsolidation. Certains paramètres ont un rôle prépondérant ; ce sont : la teneur en eau, l'état de consolidation, la plasticité, la minéralogie et le temps. Ces paramètres ont été des critères de sélection afin de retenir quatre matériaux pour la phase expérimentale. Le dispositif expérimental utilisé et conçu au Centre de Géologie de l'Ingénieur est une cellule oedométrique à contre-pression, de conception générale classique, avec des aménagements particuliers destinés notamment à minimiser le frottement latéral du piston, et la dilatation des pièces qui interviennent dans la mesure du déplacement vertical. Les principaux résultats obtenus sont : - une augmentation de la compressibilité entre 20 et 110°C ; - une évolution du module de fluage avec la température dans le cas d'une application du chargement à cette température ; - une augmentation du tassement avec l'incrément de température appliqué ; - un fluage notable d'où l'importance du temps dans la mesure de la déformation ; - une analogie entre consolidation mécanique et consolidation thermique amenant à effectuer un changement d'origine du temps pour les courbes à chaque nouvelle sollicitation thermique ; - un comportement fortement irréversible lors du refroidissement ; - un comportement particulier pour l'argile de LIMAY à rattacher à ses caractéristiques spécifiques: minéralogie, plasticité élevée, perméabilité faible,... ; - une modification de la texture du matériau due à la température, modification réelle mais bien moindre que celle due à la pression ; - la perméabilité intrinsèque est pratiquement indépendante des variations thermiques imposées dans la gamme de 20 à 110°C.

Ce travail est une contribution à la caractérisation de l'espace poreux des roches sédimentaires, par l'étude des équilibres capillaires dans une vingtaine d'échantillons provenant de divers horizons géologiques et géographiques; ce en relation avec une connaissance fine de la texture de ces roches. Les caractéristiques pétrographiques des roches étudiées ont été définies grâce à la combinaison de divers moyens classiques : observation visuelle, lames minces, photographies au microscope électronique à balayage (MEB) et diffraction des rayons X. Quant aux caractéristiques pétrophysiques, 3 ont été mesurées : il s'agit de la porosité, de la perméabilité, et du facteur de formation. L'analyse de la texture a été envisagée à partir de deux techniques basées sur l'étude de la répartition d'un couple de fluides non miscibles (air-eau et mercure-vapeur) dans les réseaux poreux. Il s'agit de la méthode des états restaurés et de porosimétrie au mercure. Elles permettent l'obtention de courbes de pression capillaire en fonction de la saturation (courbe Pf et courbe porosimétrique). De ces courbes on déduit plusieurs paramètres qui sont en relation avec la géométrie de l'espace poreux, tel que la décomposition de la porosité en deux classes : la macroporosité (rayon d'accès > 1µm) et la microporosité (rayon d'accès < 1µm), ainsi que le rayon moyen d'accès de chacune d'elles. Les échantillons ont été ensuite répartis dans deux catégories : les monoporeux et les biporeux. La combinaison des mesures pétrophysiques et des paramètres issus des courbes de pression capillaire a permis l'obtention de nombreuses corrélations entre les différents facteurs. La confrontation entre l'observation des échantillons au MEB et les courbes de pression capillaire assimilées à des hyperboles d'équation Y = A/X a montré que le facteur A est en relation directe avec le mode de la répartition des accès des pores. D'autre part la comparaison entre les courbes Pf et porosimétrique montre que l'on peut déduire l'une de l'autre moyennant quelques manipulations complémentaires simples.

4 chapitres : 1. Quelques notions sur les modélisations de la houle. 2. Le problème élastique. 3. Stabilité d'un massif de sol cohérent. - 4. Stabilité d'un massif de sol granulaire.