La tenue des barrages en remblai homogènes dépend fortement de la variation de teneur en eau du sol compacté, comme le montrent les ruptures d'ouvrages connues. Mais jusqu'à présent il n'existait pas de méthode permettant de relier le coefficient de sécurité à la teneur en eau. Le programme UDAM modélise le comportement de massifs de sols non saturés durant leur construction. Le modèle est composé de deux équations de conservation (eau et air) et d'une équation d'équilibre. Des surfaces d'états sont utilisées pour calculer l'indice des vides et le degré de saturation. La loi de comportement mécanique est celle de DUNCAN. La résolution numérique est composée d'une intégration en temps de type EULER semi-implicite et d'une discrétisation spatiale de type GALERKIN bidimensionnelle Ql. Dans ce mémoire, on abordera le calcul de bornes limitant le pas de temps. Un critère de pas de temps minimum limitant le domaine d'oscillation est calculé par une approche théorique sur la discrétisation. La borne supérieure est calculée pour garantir la stabilité du modèle. Le programme UDAM est ensuite validé sur trois cas de barrages différents (MIRGENBACH, La GANNE, El INFIERNILLO). Une démarche d'identification pour les paramètres de la surface d'état a été proposée. On trouvera aussi un essai de mise en eau des ouvrages. Enfin dans une partie informatique, on trouvera une description des notions intrinsèques du code, un pré-processeur graphique de traitement des résultats ainsi qu'un système de distribution des informations entre les différents outils périphériques.

L’objectif de la thèse est de comprendre le comportement géochimique de l’arsenic dans les remblais miniers en pâte cimentés. Cette technique est employée depuis plusieurs années pour remblayer les galeries de mine exploitées à l’aide des rejets de concentrateurs. Pour cette étude, deux types de remblais sont élaborés en laboratoire : des échantillons de remblai minier en pâte synthétiques, fabriqués à partir de silice et enrichis artificiellement en arsenic, et des remblais miniers en pâte élaborés à partir de rejets miniers arséniés. Dans les deux cas, différents liants cimentaires sont testés. Plusieurs types d’investigations sont menés sur les échantillons de remblai en pâte cimentés. Une caractérisation minéralogique est effectuée à l’aide de divers outils. En parallèle, les échantillons de remblais sont soumis à différents tests de lixiviation complémentaires, afin d’évaluer la mobilité/rétention de l’arsenic dans ces matrices. Enfin, une modélisation géochimique est mise en œuvre à partir des résultats issus des deux études précédentes, afin d’affiner les connaissances sur la nature et la stabilité des composés arséniés dans les remblais étudiés. Les résultats obtenus indiquent que l’arsenic est mieux stabilisé dans les matrices à base de ciment Portland et de laitier de haut-fourneau que dans les remblais à base de cendres volantes. Le comportement à la lixiviation variable d’une matrice à l’autre s’explique par des spéciations et des mécanismes de piégeage de l’arsenic variés. L’arsenic peut précipiter sous forme de minéraux arséniés, principalement sous forme d’arséniates de calcium, mais aussi de divers autres composés secondaires variables d’une matrice à l’autre. Un piégeage physique des grains de rejets miniers arséniés par les hydrates cimentaires peut aussi avoir lieu, par formation d’un revêtement limitant l’oxydation des sulfures porteurs d’arsenic. Tous ces mécanismes interviennent dans la stabilisation/solidification de l’arsenic. / The objective of this study is to understand the geochemical behaviour of arsenic in cemented paste backfills. This technique consists in transporting the tailings in the mine openings. Two types of backfills are prepared in the laboratory for this study. First, synthetic cemented paste backfills artificially spiked with arsenic are synthesized, using silica in replacement of the tailings. In parallel, other cemented paste backfill specimens are prepared with arsenic-rich tailings. In the two cases, various types of hydraulic binders are tested. Several types of investigations are conducted on the cemented paste backfill specimens. A mineralogical characterization is carried out with the help of specific tools. At the same time, cemented paste backfill samples are submitted to several complementary leaching tests, to assess the mobility/immobilization potential of arsenic in these matrices. Finally, geochemical modeling is implemented, based on the results of the two previous studies, in order to refine the understanding of the nature and stability of the arsenic compounds. The results show that arsenic is better immobilized in Portland cement and slag-based matrices, rather than in fly ash-based matrices. The variable leaching behaviour from a given matrix to another is due to different arsenic trapping mechanisms. Arsenic can precipitate and form several arsenic minerals, mainly calcium arsenates, but also various other secondary compounds, which are different from a matrix to another. Physical entrapment of the tailings grains by the cementitious minerals can also occur, by formation of a coating around the grains, limiting the oxidation and dissolution of arsenic-bearing sulfides (passivation). These mechanisms are involved in the stabilization/solidification of arsenic by cemented paste backfills.

La technique de renforcement des sols par des géosynthétiques permet, par l'utilisation d'un matériau d'apport de caractéristiques moyennes et le choix d'une géométrie appropriée, la réalisation d'ouvrages en terre à caractère définitif économiques. L'application de la technique de renforcement des sols par géosynthétiques pour la conception des culées de ponts est pour sa part sûrement envisageable du point de vue technique et pratique. Toutefois, le comportement de tels ouvrages, surtout leur comportement à la rupture, est encore mal défini. Dans ce mémoire, on s'est plus spécifiquement intéressé au comportement d'un massif de sol renforcé par des nappes d'un non tissé, dans lequel une instrumentation complexe a été appliquée. L'ouvrage a été soumis à un chargement vertical concentré en tête jusqu'à la rupture. Une étude paramétrique du chargement en tête a été ensuite réalisée sur cinq modèles réduits en centrifugeuse, pour approfondir l'étude du comportement à la rupture. La première partie du mémoire présente brièvement les géotextiles actuels et leurs techniques d'utilisation en géotechnique, ainsi que les méthodes de dimensionnement des ouvrages renforcés par géotextiles. La seconde partie expose toutes les informations et les principaux résultats des études expérimentales. La troisième partie regroupe les analyses des comportements observés et propose une méthodologie de dimensionnement pour les ouvrages renforcés par géotextiles chargés en tête. Les résultats des mesures faites au cours de la mise en oeuvre et du chargement à la rupture de l'ouvrage en vraie grandeur, ainsi que l'étude paramétrique du chargement en tête sur les modèles réduits, ont permis de mieux comprendre le comportement de tels ouvrages et de montrer qu'il est possible de décrire de façon satisfaisante les comportements observés par des calculs classiques à l'équilibre limite.

Afin de mieux estimer les tassements et la stabilité des ouvrages géotechniques au cours du temps, une modélisation du comportement couplé (mécanique, écoulement de l'eau et écoulement de l'air) des milieux poreux non saturés est développée. A partir des équations d'équilibre, de continuité et de comportement des trois phases du sol, nous avons d'abord établi un système non linéaire tant du point de vue mécanique que du point de vue des écoulements. Ce modèle est discrétisé dans l'espace, par éléments finis, et dans le temps, par un schéma implicite. Le traitement numérique de ce problème conduit, d'une part, à la création d'une nouvelle famille d'éléments de consolidation bidimensionnelle des sols non saturés dans le code de calcul par éléments finis CESAR-LCPC et, d'autre part, à la mise au point d'un algorithme itératif combinant la méthode des rigidités variables pour le traitement des non linéarités liées à l'écoulement des fluides et la méthode des contraintes initiales pour le traitement des non linéarités mécaniques. La programmation de cet algorithme a été effectuée dans le module CSNS (Consolidation des Sols Non Saturés) de CESAR-LCPC. La modélisation effectuée et sa programmation, qui tient compte, entre autres, du phasage de la construction du remblai et des conditions aux limites de diverses natures, ont été testées sur un ouvrage réel (remblai autoroutier). La confrontation des résultats numériques et expérimentaux sur cet ouvrage a montré que cette approche de couplage des écoulements de l'eau et de l'air et des déformations du sol produit des résultats encourageants tant du point de vue mécanique que du point de vue des écoulements.

Deux approches ont été utilisées pour étudier le comportement des sols compressibles lors de l'élargissement d'un remblai : étude sur modèles réduits centrifugés et analyse numérique en éléments finis. Pour l'étude en centrifugeuse, la construction des remblais pendant la rotation du modèle a été effectuée grâce à une trémie développée pour cette recherche. Sept conteneurs d'argile Speswhite reconstituée ont été préparés et équipés de capteurs de tassements de surface, de pressions interstitielles et de déplacements horizontaux. Sept essais ont été réalisés, les premiers pour mettre au point les procédures d'essai et les quatre derniers pour comparer deux variantes d'élargissement d'un remblai. L'analyse des résultats des mesures et des observations faites sur les modèles a montré l'importance des conditions de préparation des massifs d'argile et d'un suivi détaillé de toute l'histoire des sols depuis leur mise en place dans le conteneur jusqu'à la fin de l'essai. Le comportement des argiles pendant la centrifugation dépend d'une combinaison de consolidation et de fluage qui dépend de leur état de surconsolidation initiale et complique l'interprétation des mesures effectuées sur le modèle. La modélisation numérique a été effectuée au moyen de CESAR-LCPC. Elle a porté sur les modèles testés en centrifugeuse et sur le comportement d'un remblai autoroutier élargi vingt-cinq ans après sa construction. Le calcul en éléments finis, de type élastoplastique couplé, nécessitait des données géotechniques qui n'étaient pas toutes disponibles et les comparaisons effectuées avec les mesures sont restées pour cette raison incomplètes, bien que les phénomènes soient reproduits qualitativement de façon acceptable. Ces recherches montrent qu'il est indispensable de mieux définir les propriétés mécaniques des sols pour déboucher sur des résultats d'application pratique.

Ce travail traite d'une partie souvent oubliée de la ville, le sous-sol peu profond qui accueille les réseaux, les racines de la végétation, les déchets urbains, à travers le cas français, parisien en particulier. Dans une première partie, on met en exergue les dysfonctionnements actuels de la pédosphère urbaine : dégradations des réseaux, de la végétation, perturbation des nappes, etc. Dans la seconde partie, on recherche les racines historiques de la perte de connaissance sur le sol urbain en analysant les doctrines scientifiques et techniques qui se succèdent du XVIIIe au XXe siècles chez les médecins, géographes et ingénieurs. On montre comment les premiers ont analysé le rôle du sol dans l'épidémiologie urbaine au XVIIIe siècle puis ont perdu cette sensibilité dès la restauration en substituant la statistique à l'observation, avant de se tourner vers le milieu intérieur à la fin du XIXe siècle. Les géographes ont permis, malgré de nombreuses difficultés, la reconnaissance de la topographie urbaine en élaborant les outils cartographiques de représentation du relief, qui sont repris par les ingénieurs des Ponts et Chaussées auxquels est confiée au XIXe siècle la rectification de la ville. On insiste sur les difficultés que rencontrent ces derniers à saisir la nature du sol, qui se traduit par la mathématisation de la poussée des terres et l'empirisme dans les techniques de fondation. Les transformations de la ville, ébauchées sous le Premier Empire, entraînent dès la Monarchie de Juillet une série de dysfonctionnements dans la gestion du sol urbain : revêtement des rues, apparition du déchet liquide. Le sol industriel n'est plus considéré pour sa valeur artisanale ou son rôle délétère mais accueille parfois les eaux usées et est ravalé au rang de filtre. Si l'automobilisme permet l'accomplissement de la ville abiotique, on souligne le désintérêt des urbanistes, des hygiénistes (rarement médecins), des mécaniciens des sols du premier XXe siècle pour le milieu urbain. Un regain d'intérêt pour le sol urbain se manifeste dans l'Entre-deux-guerres, mais dans une nouvelle perspective, celle de l'urbanisme souterrain. Ces deux siècles et demi conduisent au chaos actuel du sous-sol et traduisent non seulement la complexité de l'industrialisation du sol mais aussi le désintérêt progressif de certaines disciplines scientifiques pour la ville dans laquelle elles ont vu le jour.

Le milieu lagunaire formé par les étangs de Berre et de Caronte est né d'une ingression marine, vers 6000 av. J.-C. Si d'importants vestiges de l'Age de Fer et de l'Antiquité ont été mis à jour sur les rives de Caronte, aucun habitat n'a pu être identifié après l'époque romaine: Caronte n'est semble-t-il, au haut Moyen-Âge, qu'un lieu de passage et de pêche (présence de bourdigues, grandes nasses à poisson). Cet espace est néanmoins convoité par les divers pouvoirs locaux nés de l'effondrement de l'autorité publique, pour des motifs économiques (bourdigues), mais aussi militaires, Caronte et l'Ile formant la porte d'entrée de l'étang de Berre, et donc de la Basse Provence occidentale. La fondation de St-Geniès et du port de Bouc au XIIe s., de l'Ile-St-Geniès au XIIIe s., ainsi que de Ferrières et de Jonquières façonnent cette zone palustre : le centre-ville de la future ville de Martigues se dessine vers 1400. En 1581, la création de Martigues par l'union de l'Ile, Ferrières et Jonquières procure les bases d'un fort développement économique et démographique. La croissance de la cité s'effectue selon un modèle atypique, les phases de pression démographique induisant la création, par remblayage, de secteurs constructibles sur la lagune. Mais du fait de la faible profondeur de Caronte et de la concurrence du port de Marseille, Martigues ne peut suivre l'augmentation du tonnage des navires au XVIIIe s., et son économie connaît jusqu'à l'ère pétrochimique une longue atonie.

Soft soil reinforcement by inclusion is a growing technique caracterized by a pile grid and a granular embankment introduced between the reinforced soil and the structure. Unlike traditionnal methods, the load is partially transferred to the pile heads by arching in the embankment. The application area of this research focuses on the shallow foundations case, in which the thickness of the embankment is small. The litterature review shows that only a few studies were dedicated to that case, and that fundamental questions remains concerning the load transfer in the embankment. Chosen method for this research consists in two-dimensionnal physical modelling, analysis of the conducted simulations, and development of an analytical model in order to predict the load transfer to the piles by arching in the embankment. The results of this PhD thesis provide original elements of evidence of the load transfer in the studied system, proposes an analytical model based on block division of the granular embankment by shear bands - which is in good agreement with experimental data - and lead to a better understanding of arching in soils.

Soft soil reinforcement by inclusion is a growing technique caracterized by a pile grid and a granular embankment introduced between the reinforced soil and the structure. Unlike traditionnal methods, the load is partially transferred to the pile heads by arching in the embankment. The application area of this research focuses on the shallow foundations case, in which the thickness of the embankment is small. The litterature review shows that only a few studies were dedicated to that case, and that fundamental questions remains concerning the load transfer in the embankment. Chosen method for this research consists in two-dimensionnal physical modelling, analysis of the conducted simulations, and development of an analytical model in order to predict the load transfer to the piles by arching in the embankment. The results of this PhD thesis provide original elements of evidence of the load transfer in the studied system, proposes an analytical model based on block division of the granular embankment by shear bands - which is in good agreement with experimental data - and lead to a better understanding of arching in soils. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished