Cette thèse s’inscrit dans le cadre des recherches et vise à contribuer à la compérension du comportement mécanique d’une roche tendre (i.e. cataclastique grès). La roche étudiée se trouve dans une fondation d’un barrage, situé dans le sud-ouest de la chine. L'accent de des travaux réalisés dans cette thèse a concerné le comportement à long terme du matériau étudié.Pour caractériser le comportement mécanique et identifier les principaux paramètres qui le gouvernent, il était nécessaire d’aborder en première lieu avec une approche expérimentale. De nombreux essais ont été réalisé, tel que des essais de compression, des essais de fluage triaxiale et des mesures de perméabilité. On constate que la réponse mécanique du matériau dépends fortement la microstructure et les propriétés mécaniques ainsi que les contraintes appliquées. En se basant sur les résultats expérimentaux, un modèle unifiée est proposé pour décrire le comportement à court terme et à long terme du matériau étudié. Dans le modèle proposé, les principales caractéristiques observées dans les expériences sont prises en compte, en particulier des déformations irréversibles, la dépendance de la pression, la transition volumétrique entre le compaction et la dilatation ainsi que le fluage. La performance du modèle proposé est tout d’abords validé sur les essais homogènes. A la fin, une validation plus poussée de ce modèle a été réalisée dans le cadre d’applications à étudier la performance de la fondation. / The short term and long term mechanical behaviors of cataclastic sandstone are investigated in this dissertation. The studied material is cored from the fault zone in the dam foundation of a hydropower station in southwestern China. The emphasis is put on the long-term behavior of studied material. For this, conventional compression tests, multi-stage triaxial creep tests as well as the permeability measurements are performed. The mechanical behavior of studied rock is derived based on the experimental investigation. The mechanical responses of studied material are not only functions of the material properties, but are also related to applied stress. Based on the experimental investigation, a unified creep model is proposed to describe the instantaneous and time-dependent behavior of cataclastic sandstone. Main features observed in experiments are taken into account, in particular irreversible deformations, pressure dependency, volumetric transition between compaction and dilatancy and creep. The performance of the model is examined by comparing numerical simulations with test data in representative load paths. Finally, the model is applied to analyze the long term stability of a foundation of hydropower station.

Les projets de tunnels dans des milieux rocheux de faibles caractéristiques mécaniques, usuellement regroupés sous l'appellation sols indurés roches tendres (S.I.R.T.), se heurtent à de multiples difficultés. Ces matériaux présentent des spécificités de comportement qui les rendent atypiques dans les contextes usuels de la mécanique des sols comme de la mécanique des roches, compliquant les dimensionnements et pouvant engendrer des surcoûts importants pour les maîtres d'ouvrage. En se limitant aux S.I.R.T. modélisables par une approche continue, la non-linéarité du critère de rupture, les couplages hydromécaniques et la dépendance de la déformabilité à l'état de contrainte apparaissent comme des traits de comportements susceptibles d'influencer significativement la phase de creusement (équilibre à court terme). Bien que ces propriétés puissent être prises en compte de manière adéquate dans des modèles numériques, la pratique des calculs de tunnel a montré de longue date l'intérêt des méthodes simplifiées comme l'approche convergence-confinement. Elles permettent un prédimensionnement raisonnablement représentatif au moyen de formulations peu complexes et favorisent la réalisation d'études de sensibilité grâce à leur mise en œuvre simple et rapide. À partir d'une approche de type " milieux poreux ", prenant en compte la compressibilité des différents constituants du matériau, et d'une représentation adimensionnelle du critère de rupture de Hoek-Brown (incluant les régimes d'arête), de nouvelles formulations permettant le calcul des courbes caractéristiques du terrain sont donc présentées. Après s'être intéressé dans un premier temps à la seule non-linéarité du critère de rupture, avec un milieu monophasique, une complexification progressive du problème est mise en œuvre pour prendre en compte des situations biphasiques drainées ou non drainées. À chaque fois une résolution complète est proposée, aboutissant à des formulations explicites ou à des équations intégrables aisément par une méthode numérique à un pas. Un outil sous forme de tableur, directement utilisable et démontrant la simplicité de mise en œuvre des solutions établies, est systématiquement fourni. Le cas non drainé est ensuite complété par un schéma de calcul intégrant une élasticité non-linéaire de Fahey-Carter, avec la méthode des matrices de transfert. La partie finale du travail permet d'aborder l'applicabilité de ces développements analytiques à un cas réel, le tunnel d'Arbus. Elle souligne quelques difficultés de détermination de paramètres à partir de campagnes d'essais " standard " et insiste sur la variabilité naturelle des matériaux dans une géologie molassique du piémont pyrénéen. Ce contexte met en relief les avantages des méthodes développées : outre une représentation plus satisfaisante du comportement du milieu, elles permettent à peu de frais d'identifier les paramètres les plus influents sur l'équilibre massif - soutènement et d'aborder la problématique des incertitudes dans le dimensionnement. Les calculs font également ressortir l'intérêt des modèles à élasticité non linéaire, avec une prise en compte plus appropriée de la déformabilité du matériau mais aussi une réduction de la sensibilité du modèle à la variabilité des paramètres élastiques. Les approches présentées conservent néanmoins certaines limites, comme la nécessaire distinction des équilibres court terme et long terme, l'hypothèse de contrainte initiale hydrostatique qui se révèle au final assez forte et le problème de la représentation du soutènement qui mériterait d'être davantage approfondi même si des méthodes acceptables sont d'ores et déjà disponibles dans la littérature.