Cette thèse présente d'abord la méthodologie de calcul des propriétés élastoplastiques à grande échelle d'un massif rocheux par la méthode d'homogénéisation numérique en éléments finis. <br /><br />Des chargements simulant différents essais mécaniques de compression et de cisaillement sont appliqués sur un Volume Elémentaire Représentatif (VER). La loi de comportement homogénéisée est déduite des contraintes et déformations moyennes calculées dans ce VER. Les différents types de chargements numériques, en contrainte ou en déplacement imposés, et leur effets sur les paramètres homogénéisés sont discutés. <br /><br />Une attention particulière est portée à l'application de la théorie d'élasticité ellipsoïdale de Saint Venant au cas des massifs rocheux. Cette théorie présente plusieurs avantages. En particulier, elle permet de fixer pour les massifs que nous étudions, un modèle élastique tridimensionnel à partir d'un calcul plan.<br />Une comparaison entre les tailles de VER mécanique et géométrique a été faite et il a été montré que pour les massifs étudiés le VER mécanique peut être déduit du VER géométrique qui est plus simple à calculer. Une formule approchée donnant la taille du VER en fonction des paramètres géométriques des fractures a été établie pour des massifs non périodiques.<br /><br />L'apport fondamental de cette thèse consiste à établir une classification mécanique de certains types de massifs rocheux fondée sur la méthode d'homogénéisation numérique que nous avons proposée. Ensuite, une étude paramétrique a été réalisée pour déterminer la sensibilité des résultats aux paramètres géométriques et mécaniques de la matrice rocheuse et des discontinuités. Les paramètres mécaniques homogénéisés ainsi obtenus constituent des données très utiles pour la conception et l'étude des ouvrages dans les massifs rocheux (tunnels, déblais, fondations au rocher). L'ajustement de quelques paramètres mécaniques fondamentaux (module d'Young, module de cisaillement) a conduit à l'élaboration d'expressions analytiques généralisant la formulation d'Amadei et Goodman [1981] pour des cas où l'extension des fractures est finie.<br /><br />L'élaboration de cette classification numérique a exigé le développement et la validation d'un outil d'homogénéisation numérique performant (HELEN) et qui est aussi facilement utilisable dans le cas d'autres types de milieux hétérogènes fissurés et anisotropes (bétons, maçonnerie...)<br /><br />.

La rupture des versants rocheux est une source de risque majeur dans toutes les régions montagneuses. Les terrains métamorphiques anisotropes présentent tout l'éventail des mécanismes de déformation, lesquels sont analysés dans la première partie de ce travail à partir d'exemples européens. L'étude pluridisciplinaire des" Ruines de Séchilienne ", présentée en seconde partie, revêt un intérêt particulier du fait de la complexité du phénomène et par l'ampleur des moyens d'auscultation et de surveillance mis en oeuvre pendant une décennie (1988-1998). L'approche géologique a permis une description fine de la structure du versant à toutes les échelles. L'approche géomécanique a consisté à élaborer un modèle structural simplifié et à tester numériquement différentes hypothèses par la méthodes des éléments distincts. Ceci nous autorise à proposer un mécanisme en accord qualitatif avec les observations de terrain et les mesures de déplacement. Ce mécanisme de "rupture interne ", contrôlé par les grandes familles de discontinuités préexistantes, induit des concentrations de contrainte et des efforts de traction pouvant provoquer un endormmagement progressif et irréversible du massif. Enfin, l'approche hydrogéologique s'est attachée à analyser le débit, la température ainsi que la composition chimique et isotopique des eaux du massif, pour préciser leur origine et leur mode d'écoulement. En couplant les trois approches, on a pu proposer un modèle hydromécanique global expliquant l'influence de la pluviométrie sur le rythme de la déformation du versant. Des pistes sont avancées pour étudier la géométrie probable de la rupture. Par contre, la prévision de la date de la rupture reste hors d'atteinte. Enfin, l'observation du versant sud de la Toura, à Saint Christophe- en-Oisans, suggère que le mécanisme de " rupture interne" pourrait s'appliquer à d'autres sites que Séchilienne. Mots clés Versants - massifs rocheux - déformation

Une modélisation du comportement d'un ancrage passif est proposé prenant en compte les trois matériaux. acier, scellement et roche, et leurs comportements spéciflques. Le comportement d'un forage cimenté soumis à une pression intérieure est étudié en deux dimensions. Les relations entre la pressIon appliquée sur le scellmnent et le déplacement correspondant sont établies pour les différents états du scellement et de la roche (élasticité, fracturé, plastique). Une simulation numèrique permet. de comparer les comportements successifs d'un forage cimenté, lorsqu'il est soumis à un chargement intérieur axisymétrique puis à un chargement uniaxial, qui se rapproche de celui exercé par une barre soumise à un déplacement transversal. La relation analytique entre pression et déplacement est appliquée à la modélisation tridimensionneile d'un ancrage soumis àun cisaillement au niveau d'un joint. Une méthode basée sur une décomposition de la barre en tranches et en éléments est proposée pour des petites déformations. Elle permet de calculer les efforts mobilisès dans la barre et sa déformation, en fonction du déplacement imposé au joint.

Au cours du temps, les cavités souterraines sont soumises à un vieillissement et plusieurs types de dégradation peuvent apparaitre. Les anciennes exploitations souterraines, parfois constituées d’un ou plusieurs niveaux, n’ont, sans doute, pas été conçues pour être stables à long terme. Elles ont été réalisées à une époque où n'existaient pas d'enjeux en surface, de zones de travaux, ce qui permettait d’éviter de se préoccuper des mouvements de sol induits. Elles ont pu quelquefois être totalement ou partiellement remblayées, mais pas de manière systématique. L’effondrement d'une cavité souterraine engendre la déconsolidation des niveaux supérieurs des terrains de recouvrement. Ces mécanismes peuvent provoquer en surface deux types de désordres : un affaissement ou un fontis. L'affaissement et le fontis peuvent provoquer des graves dommages aux structures et aux infrastructures en surface mais aussi mettre en péril la sécurité des populations. Les travaux de cette thèse s’articulent autour de l’étude du foisonnement, du fontis et de sa propagation dans les terrains de recouvrement.Les objectifs de cette thèse sont doubles : tout d’abord il s’agit d’étudier le foisonnement de la roche lors d’un effondrement de toit de carrières souterraines ; ensuite il s’agit de modéliser la propagation du fontis dans les terrains de recouvrement et ainsi hiérarchiser les paramètres associés à ce phénomène.La première partie de cette thèse repose sur une étude bibliographique qui récapitule les méthodes d’exploitation, méthodes d’analyse de stabilité de carrières souterraines, méthodes de prévision de la hauteur d’effondrement et estimation de foisonnement. A l’issue de cette synthèse bibliographique l’étude s’est focalisée sur les carrières souterraines à faible profondeur exploitées par chambres et piliers. Ainsi, la modélisation numérique par la méthode des éléments discrets (MED) a été choisie pour analyser l’instabilité des toits de carrières souterraines.La seconde partie s’intéresse au développement d’un modèle numérique qui a pour objectifs : d’une part, le développement d’un Programme de Discrétisation des Massifs Rocheux (PDMR) qui constitue le préprocesseur du logiciel STTAR3D et le développement d’un code permettant le calcul du coefficient de foisonnement des débris de l’effondrement. D’autre part, l’implémentation des lois de comportement sur STTAR3D.La troisième partie consiste à déterminer, d’une part les caractéristiques physico-mécaniques d’échantillons prélevés dans la carrière de la Brasserie (Paris-France), qui a été choisie pour une tester le modèle développé et d’autre part, les deux paramètres de la loi de comportement utilisée pour modéliser les contacts à savoir  et µ.Enfin, la dernière partie de ce travail est constituée des simulations numériques pour lesquelles les paramètres de la loi de comportement mesuré expérimentalement ont été introduits dans STTAR3D. Dans la première étude numérique menée, on s’intéresse à l’effet de la hauteur de chute, du rayon de l’ouverture initiale du fontis et du degré de fracturation sur le foisonnement des décombres, ainsi qu’à l’effet de la variation du foisonnement sur la hauteur de l’effondrement et sur l’affaissement. Dans un second temps, on réalise un modèle de la carrière de la Brasserie dont on calcule le comportement par simulation numérique afin d’obtenir l’affaissement en surface et la hauteur de l’effondrement qui sont comparés aux observations in-situ / Over time, the underground cavities are subjected to aging and several types of degradation can occur. The old underground cavities have probably not been designed to be stable over the long term. They have sometimes been totally or partially backfilled, but not in a systematic way. The collapse of a mine causes deconsolidation of the upper levels of the overburden. These mechanisms can cause two types of disorders on the surface: subsidence or sinkhole. Subsidence and sinkhole can cause severe damage to structures and infrastructures in surface, but also jeopardize the safety of the population.The work of this thesis revolves around the study of rock's bulking, sinkhole and its spread in the overburden. The aims of this thesis are twofold: firstly, to study the bulking of rock during the roofs mine collapse; Secondly, modeling the spread of the sinkhole in the overburden and thus to prioritize the parameters associated with this phenomenon.The first part of this thesis is a bibliographical study which summarizes the methods of exploitation, methods of analysis of stability of underground quarries, methods of prediction of the height of collapse and estimation of the bulking factor. At the end of this bibliographic synthesis, the study focused on shallow underground quarries operated by rooms and pillars. Thus, numerical modeling using the discrete element method (MED) was chosen to analyze the instability of roofs of underground quarries.The second part focuses on the development of a numerical model with the following objectives: on the one hand, the development of a Rock Mass Discretization Program (RMDP) which constitutes the preprocessor of the STTAR3D software and the development of a Code allowing calculation of the bulking factor of the rubble of collapse. On the other hand, implementation of the behavior laws on STTAR3D.The third part consists of determining, on the one hand, the physicals and mechanicals characteristics of samples taken from the quarry of the Brasserie (Paris-France), which was chosen to test the model developed. On the other hand, determining of parameters of the behavior law used for modeling the contacts, namely “” and “μ”.Finally, the last part of this work is made of numerical simulations for which the parameters of the behavior law measured experimentally have been introduced in STTAR3D. In the first numerical study, we investigate the effect of fall height, the radius of the initial opening of the sinkhole and the fracturing degree on the bulking of the rubble, as well as the effect of variation of the bulking on the collapse height and on the subsidence. In a second step, a model of the Brasserie’s mine is realized, the behavior of which is studied by numerical simulation in order to obtain the subsidence on the surface and the collapse height, which are compared with the in-situ observations