La vallée du Saint-Laurent est caractérisée par la présence d’argiles marines post-glaciaires susceptibles aux glissements de terrain. Un des facteurs responsables pour le développement des glissements de terrain est l’augmentation des pressions interstitielles dû à l’infiltration importante de l’eau dans le sol, ce qui réduit la contrainte effective du sol. Cette étude vise à comprendre la réponse des pressions interstitielles aux événements climatiques dans les dépôts argileux, ce qui permettra une meilleure compréhension des mécanismes qui entrainent les glissements de terrain et permettra d’aider à réduire leur impact. Le site d’étude est un terrain plat situé à Sainte-Anne-de-la-Pérade. La stratigraphie est caractérisée par la présence de deux couches argileuses, en alternance avec des couches de sable et de silt. Le site a été instrumenté à haute résolution spatiale et temporelle afin d’obtenir les données des conditions climatiques et les conditions hydrogéologiques et géotechniques du sol. Des essais ont aussi été réalisés en laboratoire et sur le terrain afin d’obtenir les propriétés géotechniques et hydrodynamiques des différentes couches de sol. Puis, une compensation barométrique par régression linéaire été appliquée pour les données de pressions interstitielles. Les résultats obtenus ont permis de réaliser des simulations afin de tenter de reproduire les données du site d’étude. L’interprétation des résultats a permis d’établir en premier lieu l’effet du climat sur l’infiltration de l’eau, qui dépend des précipitations, de la température et du gel du sol. Puis, les mécanismes responsables des variations de pressions interstitielles ont été identifiés, soit le climat, les propriétés des couches de sol ainsi que la rivière Sainte-Anne à proximité. L’interprétation des données et des simulations a permis de produire un modèle conceptuel représentant l’écoulement de l’eau souterraine. Finalement, le potentiel de glissement de terrain a été évalué pour le site et a été jugé faible dans les conditions actuelles. / La vallée du Saint-Laurent est caractérisée par la présence d’argiles marines post-glaciaires susceptibles aux glissements de terrain. Un des facteurs responsables pour le développement des glissements de terrain est l’augmentation des pressions interstitielles dû à l’infiltration importante de l’eau dans le sol, ce qui réduit la contrainte effective du sol. Cette étude vise à comprendre la réponse des pressions interstitielles aux événements climatiques dans les dépôts argileux, ce qui permettra une meilleure compréhension des mécanismes qui entrainent les glissements de terrain et permettra d’aider à réduire leur impact. Le site d’étude est un terrain plat situé à Sainte-Anne-de-la-Pérade. La stratigraphie est caractérisée par la présence de deux couches argileuses, en alternance avec des couches de sable et de silt. Le site a été instrumenté à haute résolution spatiale et temporelle afin d’obtenir les données des conditions climatiques et les conditions hydrogéologiques et géotechniques du sol. Des essais ont aussi été réalisés en laboratoire et sur le terrain afin d’obtenir les propriétés géotechniques et hydrodynamiques des différentes couches de sol. Puis, une compensation barométrique par régression linéaire été appliquée pour les données de pressions interstitielles. Les résultats obtenus ont permis de réaliser des simulations afin de tenter de reproduire les données du site d’étude. L’interprétation des résultats a permis d’établir en premier lieu l’effet du climat sur l’infiltration de l’eau, qui dépend des précipitations, de la température et du gel du sol. Puis, les mécanismes responsables des variations de pressions interstitielles ont été identifiés, soit le climat, les propriétés des couches de sol ainsi que la rivière Sainte-Anne à proximité. L’interprétation des données et des simulations a permis de produire un modèle conceptuel représentant l’écoulement de l’eau souterraine. Finalement, le potentiel de glissement de terrain a été évalué pour le site et a été jugé faible dans les conditions actuelles. / The St-Lawrence Valley is characterized by thick and extensive post-glacial marine clay deposits that are susceptible to landslides. One important factor responsible for landslide development is the important pore water pressure increase due to the significant infiltration of water into the soil, which reduces the effective strength in the soil. This study aims at understanding pore pressure response to climatic events in clay deposits which will lead to a better knowledge of the mechanisms that trigger landslides and could help to reduce their impact. The study site is a flat terrain located in Ste-Anne-de-la-Pérade. The stratigraphy is characterized by two clay layers, alternating with sand and silt layers. The study relies on high resolution spatial and temporal meteorological, geotechnical and hydrogeological observations. Laboratory tests on samples from the site and field investigations were done in order to measure the geotechnical and hydraulic properties of the soils. Barometric compensation by linear regression was also applied on pore pressure data. The results obtained allowed us to realise simulation in order to try to reproduce the study site data. The interpretation of the results firstly established the effect of the climate on the infiltration of water, which depends on precipitation, temperature and freezing of the soil. Then, the mechanisms responsible for variations in pore pressures were identified, which are the climate, the properties of the soil layers and the nearby Ste-Anne River. Interpreting data and simulations led to a conceptual model representing the flow of groundwater. Finally, landslide potential was assessed for the site and was considered low under current conditions. / The St-Lawrence Valley is characterized by thick and extensive post-glacial marine clay deposits that are susceptible to landslides. One important factor responsible for landslide development is the important pore water pressure increase due to the significant infiltration of water into the soil, which reduces the effective strength in the soil. This study aims at understanding pore pressure response to climatic events in clay deposits which will lead to a better knowledge of the mechanisms that trigger landslides and could help to reduce their impact. The study site is a flat terrain located in Ste-Anne-de-la-Pérade. The stratigraphy is characterized by two clay layers, alternating with sand and silt layers. The study relies on high resolution spatial and temporal meteorological, geotechnical and hydrogeological observations. Laboratory tests on samples from the site and field investigations were done in order to measure the geotechnical and hydraulic properties of the soils. Barometric compensation by linear regression was also applied on pore pressure data. The results obtained allowed us to realise simulation in order to try to reproduce the study site data. The interpretation of the results firstly established the effect of the climate on the infiltration of water, which depends on precipitation, temperature and freezing of the soil. Then, the mechanisms responsible for variations in pore pressures were identified, which are the climate, the properties of the soil layers and the nearby Ste-Anne River. Interpreting data and simulations led to a conceptual model representing the flow of groundwater. Finally, landslide potential was assessed for the site and was considered low under current conditions.

Lors de séismes forts, la propagation des ondes sismiques dans les sols met en jeu des non linéarités de comportement qui se manifestent différemment selon le niveau de sollicitation. En effet, pour de faibles déformations (généralement <10^{-6}), une loi de comportement linéaire (i.e. module et amortissement indépendants du niveau de sollicitation) permet de reproduire les observations expérimentales sur site. En revanche, pour des déformations plus élevées, une loi de comportement non linéaire hystérétique est nécessaire pour décrire l'évolution de la rigidité et des dissipations énergétiques au cours de la sollicitation sismique. De plus, comme les séismes forts sont caractérisés par des amplitudes et des durées plus importantes, le rôle de la pression interstitielle ne peut pas être négligé pour les sols saturés sous fortes sollicitations (mobilité cyclique et liquéfaction). Ces phénomènes peuvent conduire à l'annulation des contraintes effectives et devenir cause de dommages sévères pour les structures et les ouvrages. L'analyse proposée élargit l'applicabilité des modèles de calcul actuels pour une analyse plus fine du risque sismique. En partant d'une formulation aux éléments finis décrivant la propagation des ondes sismiques suivant la direction verticale en prenant en compte le chargement en 3D (l'approche " 1D-3C" : une direction-trois composantes) dans les sols nonlinéaires secs, de nouvelles stratégies pour la prise en compte du rôle de l'eau sont développées. Le modèle de comportement est basé sur la relation entre la pression interstitielle et le travail de la contrainte de cisaillement. Ce modèle décrivant l'évolution de la pression interstitielle considère l'état de contrainte tridimensionnel du matériau. Le modèle est validé par comparaison avec des résultats expérimentaux. L'approche " 1D-3C " a été utilisée pour modéliser la réponse des sols pour 4 séismes réels : le séisme de Superstition Hills en 1987 aux États-Unis (M_{w}=6.7); le séisme de Tohoku en 2011 au Japon (M_{w}=9.1 ); le séisme de Kushiro en 1993 au Japon (M_{w}=7.8) et le séisme d'Emilie Romagne en 2012 en Italie (M_{w}=5.9). Pour les trois premiers séismes, des enregistrements en profondeur et en surface sont disponibles. L'étude de ces trois premiers cas rend possible la validation du modèle par comparaison des données enregistrées et calculées. Le modèle peut donc être considéré comme un outil fiable pour la prédiction de la réponse sismique des sols saturés

L'objectif principal de cette thèse est d'identifier expérimentalement la pression interstitielle d'un béton très humide sous haute pression de confinement. Ce travail fait partie d'un projet plus général visant à comprendre le comportement des structures en béton soumises à un impact au cours duquel, un état de contraintes triaxiales élevées se produit au sein du matériau. Ces structures en béton, souvent massives, gardent un taux de saturation assez élevé durant leur durée de vie. La quantité d'eau libre dans les pores du béton a un rôle prépondérant sur son comportement sous confinement élevé par rapport à d'autres paramètres du matériau (par exemple: rapport eau / ciment ou porosité du béton). Sous une telle charge, la fermeture de la porosité se produit et provoque une augmentation de la pression interstitielle qui n'a été jamais mesurée.Une nouvelle technique de mesure de pression interstitielle en utilisant la presse triaxiale Giga est proposée dans la première partie de cette étude. Elle consiste à remplacer l'échantillon de béton (14 cm en longueur) par un autre plus petit (8 cm de longueur) et une enclume de collecte d'eau (6 cm de longueur) placé en dessous. Cette enclume est composée de deux parties: un bouchon mobile équipé d'un joint d'étanchéité torique permettant l'accès à l'espace libre de la cellule et d’une cellule équipée des micro-trous en contact avec l'échantillon de béton. Deux types de capteurs de pression ont été développés durant cette thèse, un capteur type Hydrostatique et un de type Membrane. Chacun des deux capteurs de pression est placé dans l'espace libre de l’enclume avant chaque essai. Lorsque l'échantillon est sous compression triaxial à fort confinement, l’eau libre de l’échantillon est drainée dans la cavité par le biais des micro- trous. La conception de chaque capteur, la protection de l’ensemble et les essais d'étalonnage des capteurs de pression sont discutés. La deuxième partie de cette thèse est dédiée aux analyses des résultats de mesure de la pression interstitielle effectuées sur des échantillons de béton de référence (R30A7). Les résultats révèlent que la pression interstitielle peut atteindre une valeur comprise entre 200 et 400 MPa sous une pression de confinement égale à 500 MPa. Une modélisation analytique, dans le cadre poro-mécanique, est développée afin d'estimer la pression interstitielle et le comportement volumétrique du béton sous confinement élevé. La comparaison des résultats de mesure et de modélisation est satisfaisante. / The main objective of this PhD thesis is to identify experimentally the interstitial pore pressure of a very wet concrete under high confining pressure. This work is a part of a more general project aiming to understand the concrete behavior under impact during which, a high triaxial stress states occurs. Besides, massive concrete structures keep a saturation ratio strongly depth dependent almost their life time. The quantity of free water contained in concrete pores has a preponderant role on its behavior under high confinement compare to other material parameters (e.g: water/cement ratio or the concrete porosity). Under such loading, porosity closure occurs and causes an increase of interstitial pore pressure which is never measured.In order to perform interstitial pore pressure measurement, two configurations issued from a new testing technic have been developed using the Giga press of 3SR Lab. The technic, detailed in the first two chapters, consists in replacing the 14 cm R30A7 reference concrete sample by a smaller one with a water collect cap below it. The latter is composed of two parts: a movable plug equipped by a sealing joint permitting the access into the cap free space, and a micro-holed cap which is accosted on the concrete sample. A deformable sensor is placed into the free space of the water collect cap. Thus, when the sample is pressurized at high confinement, the interstitial water inside the concrete is transmitted to the sensor through cap micro-holes. The design, protection and calibration of each sensor are discussed.The second part of this thesis is dedicated for pore pressure analysis results. This latter seems to reach high values ranging from 250 till 400 MPa for 500 MPa of confinement. The concrete volumetric behavior under drained condition is lower than the saturated concrete under undrained condition. The collected data reveals that pore pressure increases linearly with the confining pressure within a slope of 0.7.An analytical modeling, within the poro-mechanical framework, is developed in order to estimate the pore pressure and concrete volumetric behavior under high confinement. The model shows promising results while comparing it to the experimental values

Le Japon s’est doté du réseau sismologique à haute sensibilité (Hi-net) qui contient plus de 1000 stations permanentes, qui fournissent d’immenses ensembles des données continues au Japon. Dans le cadre d’un accord avec le NIED, nous bénéficions d’enregis- trements de fond de données à court et à long periodes pour analyser les variations de vitesse sismiques, afin de suivre l’évolution mécanique de la croûte temporelle avec une résolution temporelle mensuelle à quotidienne dans les différentes bandes de périodes. Les résultats de courte période nous aident à mieux comprendre la sismologie environnemen- tale sur les processus souterrains sous les impacts de certains forçages environnementaux environnants tels que l’hydrologie, la thermoelasticité et certains effets de charge directe. Les résultats de longues périodes montrent des réponses co- et post-sismiques différentes avec la profondeur. Il s’agit d’une méthode supplémentaire et directe pour révéler en profondeur le champ de contrainte/déformation, ce qui améliore la perception du mécanisme d’un tremblement de terre. Cette thèse comprend principalement les trois parties suivantes.La première partie est consacrée à la présentation de la relation entre la fonction de Green et les corrélations croisées. La simulation numérique à Hokkaido vérifie également l’établissement de la relation entre les deux.La seconde partie concerne l’analyse des variations transitoires de la vitesse des ondes sismiques dans la croûte provoquées par les perturbations environnementales. Les impacts des perturbations saisonnières environnementales sur la déformation de la croûte sont généralement suivis et discutés en fonction des observations géodésiques. Récemment, la surveillance du bruit sismique ambiant fournit de nouvelles informations sur la déformation continue de la croûte, révélée par les changements de vitesse sismiques temporels. Dans cette étude, nous identifions les différents facteurs environnementaux responsables des effets saisonniers locaux et montrons comment une meilleure compréhension de ces perturbations de la croûte causée par l’environnement améliore les observations des modifications des propriétés sismiques induites par la tectonique.La dernière partie consiste à étudier la réponse mécanique de la croûte aux grands séismes. La surveillance de la vitesse sismique basée sur le bruit peut directement son- der en permanence l’état mécanique de la croûte en profondeur. Dans ce travail, nous étudions la réponse de la croûte terrestre au séisme de Tohoku-oki Mw 9.0, 2011. Nous employons ici pour la première fois le réseau très dense de Hi-Net tiltmètre en tant que sismomètres de longue période (8 - 50 s) pour que la surveillance basée sur le bruit échantillonne la croûte à plus de 5 km en profondeur. L’évolution spatio-temporelle des changements de vitesse sismiques dans différentes bandes de périodes révèle une réponse sismique dépendant de la profondeur, qui est la limite pour les données des sismomètres courte période. Le résultat pourrait avoir des implications à la fois sur la réponse viscoélastique de la croûte aux grands déformations ou sur une réponse complexe des vitesses sismiques de la croûte à un ècoulement de fluide transitoire.Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’une collaboration plus générale entre ISTerre- Universit Grenoble Aples et le Massachusetts Institute of Technology visant à développer des outils de surveillance dans des contextes naturels et industriels. / The Japanese High Sensitivity Seismograph Network (Hi-net) contains more than 1000 permanent stations, which provide large continuous data sets throughout Japan. In the framework of an agreement with NIED, we benefit from both short period and tilt meters data downhole recordings to analyze the seismic velocity variations, thus to follow the mechanical evolution of the crust in different time scales with a temporal re- solution from monthly to daily in different period ranges. The short period results help us better understanding the environmental seismology on the subsurface processes under the impacts of some surrounding environmental forcing such as hydrology, thermoelas- ticity, and some direct loading effects. The results from long periods show different co- and postseismic responses with depth. This is a supplementary and direct method to disclose the stress/strain field at depth improving the perception of the mechanism of an earthquake. This thesis mainly consists of the following three parts.The first part is devoted to the theoretical demonstration of the relationship between the Green’s function and cross-correlations. The numerical simulation in Hokkaido also verifies the establishment of the in-between connection.The second part is about the analysis of the transient changes of seismic wave velo- city in the crust caused by environmental perturbations. The impacts of environmental seasonal disturbances to crustal deformation are usually tracked and discussed based on geodetic observations. Recently, ambient seismic noise-based monitoring provides new insights into the continuous deformation in the crust as revealed by the temporal seismic velocity changes. In this study, we identify the different environmental factors in charge of the local seasonal effects and show how better understanding these environmentally induced crustal perturbations improves the observations of tectonic-induced seismic pro- perty changes.The last part is to study the mechanical response of the crust to large earthquakes.Noise-based seismic velocity monitoring can directly probe the mechanical state of the crust at depth continuously in time. In this work, we study the response of the crust to the Mw 9.0, 2011 Tohoku-oki earthquake. we employ here for the first time the very dense network of Hi-net tilt meters as long period (8 – 50 s) seismometers for the noise-based monitoring to sample the crust below 5 km depth. Spatio-temporal evolution of seismic velocity changes in different period bands reveals depth-dependent seismic response. The result could have implications of both nonelastic response of the crust to large strain changes or a complex response of crustal seismic velocities to transient fluid flow.This thesis is in the context of a more general collaboration between ISTerre- Universit Grenoble Aples, and the Massachusetts Institute of Technology aiming at developing tools for monitoring in natural and industrial contexts.

Les formations argiIo~marneuses mio~pliocènes qui occupent de vastes étendues dans l'agglomération de Constantine, sont le siège de fréquentes manifestations d'instabilité, bien que la pente naturelle des versants soit faible (10 à 17 %). Dans cet ensemble argile-marneux, hétérogène à l'échelle métrique, la proportion de matériaux perméables est faible, mais certains niveaux de sables et de graviers ont une grande importance, car ils favorisent la mise en charge de l'eau dans le massif. Les informations apportées par les travaux de reconnaissance ainsi que la modélisation mécanique du phénomène sont concordantes et permettent de confirmer le rôle fondamental.

Cette thèse est une étude expérimentale de la transformation lente et rapide d’un milieu poreux sous l’action de l’écoulement d’un fluide. Le processus rapide est une déformation mécanique avec formation de canaux en raison de la forte pression du fluide, alors que le processus lent correspond à l’évolution chimique des fractures. L’étude de la déformation rapide est effectuée grâce à l’injection d’air à pression constante dans un milieu granulaire sec ou saturé. Par des techniques d’imagerie nous avons pu caractériser l’invasion par des motifs de Saffman-Taylor ; la déformation du milieu ; ainsi que les régimes d’écoulement et la dynamique de croissance des canaux. La pression interstitielle est évaluée numériquement et utilisée pour caractériser la rhéologie. L’étude de la transformation lente repose sur des expériences où de l’eau distillée est injecté à débit constant à travers un échantillon de calcaire fracturé. En comparant l’ouverture des fractures mesurées avant et après l’écoulement, nous avons caractérisé l’évolution des fractures pour différentes durées d’écoulement réactif. / This thesis is an experimental study of flow and transformation of porous media, where we study both fast and slow transformation of the media due to fluid flow. The fast process is mechanical deformation and channel formation due to high fluid pressure, and the slow process is chemical evolution of fractures. In the study of fast deformation, we perform experiments where air is injected at a constant overpressure into a saturated or dry granular medium. From recorded images, we characterize Saffman-Taylor like invasion patterns, surrounding deformation of the medium, flow regimes, and channel growth dynamics. Pore pressure is evaluated numerically, and used to characterize the rheology. In the study of slow transformation, we perform experiments where distilled water is injected at a constant flow rate through a fractured chalk sample. By comparing fracture apertures measured before and after experiments, we study the evolution of fractures for different durations of reactive flow.

Lors de séismes forts, la propagation des ondes sismiques dans les sols met en jeu des non linéarités de comportement qui se manifestent différemment selon le niveau de sollicitation. En effet, pour de faibles déformations (généralement <10^{-6}), une loi de comportement linéaire (i.e. module et amortissement indépendants du niveau de sollicitation) permet de reproduire les observations expérimentales sur site. En revanche, pour des déformations plus élevées, une loi de comportement non linéaire hystérétique est nécessaire pour décrire l'évolution de la rigidité et des dissipations énergétiques au cours de la sollicitation sismique. De plus, comme les séismes forts sont caractérisés par des amplitudes et des durées plus importantes, le rôle de la pression interstitielle ne peut pas être négligé pour les sols saturés sous fortes sollicitations (mobilité cyclique et liquéfaction). Ces phénomènes peuvent conduire à l'annulation des contraintes effectives et devenir cause de dommages sévères pour les structures et les ouvrages. L'analyse proposée élargit l'applicabilité des modèles de calcul actuels pour une analyse plus fine du risque sismique. En partant d'une formulation aux éléments finis décrivant la propagation des ondes sismiques suivant la direction verticale en prenant en compte le chargement en 3D (l'approche « 1D-3C» : une direction-trois composantes) dans les sols nonlinéaires secs, de nouvelles stratégies pour la prise en compte du rôle de l'eau sont développées. Le modèle de comportement est basé sur la relation entre la pression interstitielle et le travail de la contrainte de cisaillement. Ce modèle décrivant l'évolution de la pression interstitielle considère l'état de contrainte tridimensionnel du matériau. Le modèle est validé par comparaison avec des résultats expérimentaux. L'approche « 1D-3C » a été utilisée pour modéliser la réponse des sols pour 4 séismes réels : le séisme de Superstition Hills en 1987 aux États-Unis (M_{w}=6.7); le séisme de Tohoku en 2011 au Japon (M_{w}=9.1 ); le séisme de Kushiro en 1993 au Japon (M_{w}=7.8) et le séisme d'Emilie Romagne en 2012 en Italie (M_{w}=5.9). Pour les trois premiers séismes, des enregistrements en profondeur et en surface sont disponibles. L'étude de ces trois premiers cas rend possible la validation du modèle par comparaison des données enregistrées et calculées. Le modèle peut donc être considéré comme un outil fiable pour la prédiction de la réponse sismique des sols saturés / During strong earthquakes, the seismic wave propagation in soils involves nonlinear behaviors strongly depending on the strain level. Indeed, for small strain (typically <10^{-6}), a linear constitutive law (modulus and damping independent on the load level) can reproduce the experimental observations on site. However, for larger strains, a nonlinear hysteretic constitutive law is needed to describe the evolution of stiffness and energy dissipation during seismic loading. In addition, as strong earthquakes are characterized by larger amplitudes and durations, the role of pore pressure cannot be neglected for saturated soils. Indeed pore water pressure controls phenomena such as cyclic mobility and liquefaction due to the loss of soil strength. This can lead to a fast decrease of effective stresses and permanent deformations in the soil causing severe damage to structures. This work extends the applicability of existing calculation models for a more detailed analysis of seismic risk. Starting from a FEM approach describing the propagation of seismic waves in the vertical direction, taking into account 3D loading (so-called "1D-3C" approach: 1 direction - 3 components) in nonlinear dry soils, new strategies to consider the role of water are developed. The model is based on the relationship between the pore pressure and the shear work. The three-dimensional stress state of the material is considered. The model is validated by comparison with experimental results. The "1D-3C" approach was used to model the response of soils for four real earthquakes: the Superstition Hills earthquake in 1987 in the United States (M_{w}=6.7), the Tohoku earthquake in 2011 in Japan (M_{w}=9.1), the Kushiro earthquake in Japan in 1993 (M_{w}=7.8) and the Emilia Romagna earthquake in Italy in 2012 (M_{w}=5.9). For the first three earthquakes, records at depth and on the surface are available. The study of the first three cases makes possible the validation of the model by comparing the calculated accelerations on the surface with the available records. The model can then be considered as an advanced tool for the prediction of the seismic soil response

La liquéfaction des sols saturés lors des séismes est l’un des problèmes les plus importants auxquels sont confrontés les ingénieurs. Il n’y a guère eu de séisme majeur sans au moins quelques cas de liquéfaction. Des tassements, des basculements de bâtiments, des écoulements latéraux, des cônes de liquéfaction et des instabilités de pentes, sont certaines de ses manifestations. La conception sismique des centrales nucléaires et autres installations critiques comprend systématiquement une évaluation du risque de liquéfaction.Dans ce cadre, des méthodes de nature entièrement empirique sont couramment utilisées en ingénierie. Ces approches procurent des marges à la conception et des limitations d’utilisation. Pour exploiter ces marges en situation de réévaluation, on a recours à des calculs transitoires non linéaires avancés dans lesquels on doit modéliser finement la loi de comportement du sol pour mettre en évidence les montées de pression interstitielle.Ces derniers calculs sont coûteux en termes de temps et de compétences numériques. L’objectif de ce travail de recherche est notamment de réduire les conservatismes en vigueur lors de l’utilisation de la méthode simplifiée sans pour autant mettre en œuvre d’emblée les méthodes les plus sophistiqués. On propose pour cela une méthode de complexité intermédiaire qui élargit l’applicabilité des modèles semi-empiriques pour une analyse plus fine du risque sismique.Dans un premier temps, en partant d’un calcul linéaire équivalent conventionnel, une nouvelle approche pour la prise en compte de la montée de pression interstitielle est proposée sous le nom « X-ELM ». Le modèle de comportement employé est basé sur la relation entre la pression interstitielle et les déformations volumiques plastiques. La nouvelle approche «X-ELM » est utilisée pour modéliser la réponse des sols pour le séisme de Tōhoku (Mw=9.0) à la ville d’Urayasu au Japon. Le modèle a été appliqué sur douze profils de sols différents. L’étude de ces cas rend possible la validation du modèle par comparaison des résultats des calculs aux observations in situ. Le modèle peut donc être considéré comme un outil fiable pour la prédiction de déclenchement de liquéfaction des sols saturés.Ensuite, un outil de prédiction rapide a été conçu en se basant sur des approximations de processus aléatoire, sur les propriétés mécaniques de base du sol et sur les caractéristiques du chargement sismique. Outre son ampleur, une caractéristique importante du signal sismique d’entrée est sa durée qui peut conduire à de fortes non linéarités et à un état de liquéfaction étendu. En considérant donc la durée de phase forte, le spectre de réponse, la fréquence propre du modèle et les caractéristiques de densification du sol, l’outil de prédiction proposé procure des estimations rapides du taux de montée de pression interstitielle et du tassement pré-liquéfaction sans devoir exécuter des calculs transitoires.Enfin, un modèle 2D de barrage est étudié, en examinant l’influence de la montée de pression interstitielle et celle des déformations de cisaillement sur la réponse sismique de l’ouvrage. Un calcul linéaire équivalent adapté aux situations bidimensionnelles est élaboré et le prédicteur est employé pour évaluer la montée de pression interstitielle. On compare les résultats de la simulation aux observations in situ, piézométriques et accélérométriques.En conclusion, ce travail de recherche fournit des méthodes et outils de calculs numériques performants et accessibles aux ingénieurs pour l’évaluation sismique des profils de sols et des ouvrages en terre tels que digues ou barrages / The liquefaction of saturated soils during earthquakes is one of the most important problems facing engineers. There has hardly been a major earthquake without at least some cases of liquefaction. Settlements, tilting of buildings, lateral flows, sand boilings and slope instabilities have been some of its manifestations. The seismic design of nuclear power plants and other critical facilities systematically includes a liquefaction risk assessment.In this context, fully empirical methods are commonly used in engineering. These approaches provide design margins and limitations of use. To exploit these margins in a re-evaluation situation, we use advanced nonlinear transient calculations in which the soil behavior must be finely modeled to highlight the pore-water pressure build-up. These last calculations are expensive in terms of time and numerical skills. The objective of this research work is to reduce the conservatisms in force when using the simplified method without necessarily implementing the most sophisticated methods from the outset. To this end, we propose a method of intermediate complexity that broadens the applicability of semi-empirical models for a more detailed analysis of seismic risk.First, starting from a conventional equivalent linear calculation, a new approach for taking into account excess pore pressure is proposed under the name "X-ELM". The behavioral model employed is based on the relationship between pore pressure and plastic volumetric deformations. The new "X-ELM" approach is used to model soil response in the city of Urayasu,Japan during the Tohoku earthquake (Mw = 9.0). The model has been applied to twelve different soil profiles. The study of these cases makes possible the validation of themodel by comparing the results of the calculations with the observations in situ. The model can therefore be considered as a reliable tool for the prediction of liquefaction triggering of saturated soils.Then, a prediction tool was designed based on random process approximations, the basic mechanical properties of the soil and the characteristics of the seismic loading. In addition to its magnitude, an important feature of the input seismic signal is its duration which can lead to strong nonlinearities and an extended liquefaction state. Considering the strong phase duration, the response spectrum, the natural frequency of the model and the characteristics of soil compaction, this tool provides fast estimations of the rate of pore pressure build-up and pre-liquefaction settlement without having to perform transient calculations.Finally, a 2D dam model is studied, by examining the influence of excess pore pressure and that of the shear strains on the seismic response of the structure. An equivalent linear computation adapted to two-dimensional situations is elaborated and the predictor is used to evaluate pore pressure increase. Simulation results are compared with in situ, piezometric and accelerometric observations.In conclusion, this research work provides methods and tools of numerical computation that are efficient and accessible to engineers for the seismic evaluation of soil profiles and earth structures such as dikes or dams

Description analytique de la houle, effet de la déformabilité et de la perméabilité du fond marin sous la propagation de la houle, valeur de la pression cyclique induite sur le fond marin. Développement analytique pour l'effet de porosité et de perméabilité, propagation sur un fond incliné. Définition des contraintes induites et analyse de la réponse du sol sous ces sollicitations. Modélisation de l'action d'une houle sinusoïdale sur un fond marin élastique. Expansions analytiques des contraintes par la transformation de MELLIN. Calcul quasi statique de l'évolution d'un milieu poreux. Traitement numérique du problème par éléments finis. Etude paramétrique. La connaissance du comportement des massifs sous marins est devenue nécessaire au développement des travaux en mer.

Dans le but de mener à bien le dimensionnement des barrages en terre construits sur sols mous, on développe une approche couplant la consolidation des sols et les écoulements à surface libre. Ce modèle de consolidation à surface libre des sols élastiques ou élastoplastiques isotropes ou anisotropes, écrouissables ou non, prend en compte la variabilité ou la constance des principaux paramètres mécaniques et hydrauliques du sol (indice des vides, écrouissage, perméabilités, compressibilités, teneur en eau). Le traitement numérique de ce problème, effectué au niveau du code de calculs par éléments finis CESAR du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, conduit à la résolution de systèmes d'équations différentielles non-linéaires, pour lesquels on propose des algorithmes transitoires itératifs et des éléments finis appropriés du type déplacement et diffusion. L'application du modèle au calcul d'un ouvrage réel, construit et mis en eau par étapes, a permis d'obtenir des résultats encourageants tant du point de vue mécanique que du point de vue hydraulique.