L’amélioration des techniques de caractérisation des granulats de béton recyclé (GBR) et une meilleure compréhension des propriétés des bétons fabriqués avec ces derniers permettraient de promouvoir l’utilisation des GBR. Ce travail vise à étudier l’influence de l’état de saturation des sables recyclés (SR) sur le comportement à l’état frais et durcissant des mortiers.La première partie de ce travail consiste à étudier l’absorption d’eau d’un SR par différentes méthodes. Les résultats montrent que l’absorption d’eau du SR est plus importante que celle du sable naturel (SN). Cependant, la valeur d’absorption d’eau du SR dépend étroitement de la méthode employée et du mode de pré-saturation. La deuxième partie est dédiée à l’influence de l’état de saturation sur la maniabilité des mortiers. Les résultats montrent que l’état de saturation initial, le mode de pré-saturation et le temps de pré-saturation influencent significativement la maniabilité des mortiers. L’influence de l’état de saturation du SR sur le comportement à l’état durci est ensuite étudiée à partir de deux mortiers contenant du SR à l’état sec et sursaturé. La microstructure est examinée au microscope électronique à balayage (MEB) associée à l’analyse d’images et également par essai d’indentation sous MEB. La résistance des mortiers contenant du SR est moins importante que celle des mortiers contenant du SN. L’état de saturation initial du SR influence peu la résistance en compression, la méso-porosité totale de la nouvelle zone d’interface (ITZ) et la dureté de la matrice cimentaire. En revanche, l’état de saturation du SR influence significativement la distribution de la méso-porosité dans la nouvelle ITZ. / Improved techniques of characterization of recycled concrete aggregate (RCA) and a better understanding of the properties of concrete based on RCA would promote their use. The aim of this work is to study the influence of the state of saturation of RCA, especially of recycled sand, on the fresh and hardened behavior of mortars. The first part of this work is dedicated to the study of water absorption of recycled sand (RS) by different methods. The results show that the water absorption of RS is greater than that of natural sand (NS). However, the water absorption value of the RS is closely related to the used method and the pre-saturation mode. The second part is dedicated to the influence of the saturation state of aggregates on the workability of mortars. The results show that the initial saturation state, the pre-saturation mode and the pre-saturation time significantly influence the workability of the mortars. The influence of the saturation state of recycled aggregates on the hardened behavior of mortar is then studied with two mortars based on recycled dry or over-saturated sand. The microstructure is explored by scanning electron microscopy (SEM) followed by image analysis and by indentation test under the SEM. The compressive strength of mortars containing RS is lower than that of mortars made with NS. Moreover, the initial saturation state of RS does not influence significantly the compressive strength of mortars, the mean porosity of the new interfacial transition zone (ITZ) and the micro-hardness of the cement matrix. However, the saturation state influences significantly the distribution of meso-porosity in the new ITZ.

Les sols organiques cultivés sont reconnus pour leur excellente qualité agricole. Cependant, la nature des matériaux les constituant et les processus physico-chimiques et mécaniques liés à leur mise en valeur agricole les rendent exposés aux problèmes de drainage. Généralement, la formation de couches compactes qui stratifient le profil de sol limite progressivement l’infiltration de l’eau dans le sol et favorise la formation de nappes perchées à la surface du sol. Ces manifestations sont en grande partie néfastes pour les cultures ne tolérant pas que leur système racinaire soit inondé au-delà de 48 heures. Le but de cette étude a été : (1) de décrire le mouvement de l’eau dans le sol au cours de deux événements de drainage et de caractériser ses principales propriétés hydrauliques ; (2) de caractériser le niveau de compaction des profils non perturbés et (3) de déterminer la réponse de la mise en place d’une technique de perturbation mécanique en rapport avec l’amélioration du drainage. Les principaux résultats indiquent que le modèle hydraulique de van Genuchten décrit efficacement l’écoulement de l’eau et les propriétés hydrauliques du sol. Ils démontrent que les profils non perturbés se compactent et deviennent problématiques pour le drainage à partir de 30 centimètres de profondeur. Ils démontrent également que la perturbation du profil au-dessus des drains permet d’améliorer la perméabilité des zones critiques du sol et l’infiltration de l’eau à travers celles-ci. La mise en place d’un profil perturbé sur les drains permet d’améliorer significativement le drainage en comparaison avec un profil non perturbé et réduit considérablement le temps de ressuyage. Ces résultats peuvent servir à la caractérisation des sols organiques cultivés et à la détermination des zones critiques des profils à intervenir pour améliorer l’infiltration de l’eau, l’enracinement de certaines cultures, etc. / Cultivated organic soils are recognized for their excellent agricultural quality. However, the nature of their constitutive materials and physicochemical and mechanical processes associated with their agricultural development make them be susceptible to surface drainage problems over time. Usually, the compacted layers formation which contributes to the stratification of the soil profile gradually limits the soil water infiltration and tend to the formation of perched water table near the soil surface. These observations associated with drainage problems have largely negative impacts on crops which do not tolerate their root system being flooded beyond 48 hours. The purpose of this study was: (1) to describe the soil water movement during two soil drainage events and characterize its main soil hydraulic properties; (2) to characterize the undisturbed cultivated organic soil profile compaction level and (3) to determine the effects of a mechanical soil disturbance techniques in relation to the soil surface drainage improvement. The main results indicated that the van Genuchten hydraulic model describes efficiently the cultivated organic soils water flow and their soil hydraulic properties. They demonstrate that the undisturbed soil profile is compacted and is problematic for surface drainage from 30-cm-deep. They also demonstrate that the disturbance of the soil profile on the drain tile could improve the soil water permeability of the critical areas of the soil profile and the water infiltration. Implementation of a disturbed soil profile over the drain tile significantly improves the soil drainage compared to an undisturbed soil profile and considerably reduces the time to reach field capacity at the soil surface. These results could be useful for further characterization of cultivated organic soil profiles and determination of soil critical areas to take action for improving water infiltration, crops rooting, etc.

Ce travail de thèse consiste à identifier les propriétés pétrophysiques et de transfert de roches provenant d’un réservoir de grès « tight » en Afrique du nord exploité par ENGIE EPI. Il s’agit d’identifier les liens entre les propriétés de transfert, les propriétés poro-mécanique, la sensibilité au chargement mécanique ou à la saturation en eau, et quelques indicateurs comme la porosité, la distribution des tailles de pores, la perméabilité intrinsèque, les caractéristiques pétrographiques etc. Le but est de pouvoir prédire le comportement de matériaux différents de ceux étudiés dans cette thèse, en utilisant des données d’entrée « facilement » accessibles, fournissant ainsi des outils permettant d’évaluer la qualité d’un nouveau réservoir sans passer par une caractérisation exhaustive, longue et couteuse du matériau constituant ce réservoir / This work of thesis focuses on the identification of the petrophysical and transfer properties of rocks originating from a tight sandstone reservoir in North Africa operated by ENGIE EPI. It needs to identify the links between the transfer properties, poro-mechanical properties, sensitivity to mechanical loading or water saturation, and some indications such as porosity, pore size distribution, intrinsic permeability, petrographic features etc. The aim is to predict the behavior of materials that are different from those that studied in this thesis by using the “easily” accessible input data, providing tools for evaluating the quality of a new reservoir without passing through an exhaustive, long and expensive characterization of the material forming this reservoir.

La performance à long terme du réseau routier au Québec est fortement influencée par le climat et les conditions météorologiques (Doré et Zubeck, 2008). Parmi ces facteurs, des niveaux élevés de saturation dans les sols et les matériaux de chaussée peuvent être une cause importante de la détérioration des routes. Selon des scénarios de changements climatiques établis par Ouranos, le sud du Québec subira des augmentations de précipitations moyennes mensuelles de -0,1 % à 8,45 % sur un horizon de 2010 à 2039. Le but de ce projet est de quantifier l’effet de ces futures augmentations sur le comportement mécanique des structures de chaussées et des sols. Basé sur les données collectées dans des sections de routes instrumentées, une relation entre les précipitations et l’augmentation du niveau de saturation des couches de chaussée est proposée. Afin de déterminer la relation entre les propriétés mécaniques et la teneur en eau, les comportements en module réversible et en déformation permanente (quatre différents sols) ont été déterminés avec des essais triaxiaux et ont été validés avec un simulateur de charge routier. Une analyse d’endommagement est effectuée afin de quantifier la diminution de la durée de vie utile causée par les changements climatiques. Il a été montré que les augmentations de précipitations, prévues au Québec, auront un impact significatif sur la performance des chaussées. Ainsi, certaines techniques de mitigation seront proposées pour pallier la diminution de la vie utile des chaussées. / The long-term performance of the road network of the province of Quebec (Canada) is strongly influenced by the climate and the weather conditions. Amongst other factors, high levels of saturation in soils and pavement materials are believed to be an important cause of pavement deterioration. According to the climate change scenarios established by Ouranos (2010), the North and South of Quebec will undergo an average precipitation increase from -0.1% to 8.45% in a future horizon of 2010-2039. The purpose of this project is to quantify the effect of these expected precipitation increases on the mechanical behavior of road structures, materials and soils. Based on literature and on data collected on instrumented road sections, a relationship between precipitation increase and saturation level of pavement layers is proposed. The resilient modulus and permanent deformation behavior for various water contents and four different subgrade soils was determined using triaxial tests, which were validated using small-scale heavy vehicle simulator, in order to determine the existing relationship between mechanical properties and moisture contents. Using the precipitation increase scenarios and the preset models, a damage analysis is performed to quantify the decrease of pavements service life caused by climate change. It is found that climate change, and more precisely the increase of precipitation expected in the Province of Quebec, will have a significant impact on pavement performance and that adapted pavement structures and materials, such as improved drainage, increased structural capacity or materials with reduced sensitivity to water, are possible options to reduce the loss of pavement life associated with climate change.

Cette étude a pour but de documenter la relation qui existe entre les propriétés de transfert d’un matériau (répartition en taille de pores, porosité totale accessible à l’eau, saturation en eau), et son coefficient de diffusion. Pour cela, des matériaux ayant une porosité quasi-monomodale sont utilisés : verres Vycor® et géopolymères ; ainsi que des matériaux ayant une porosité complexe : pâtes de ciment CEM V. L’utilisation des verres Vycor® et des géopolymère permet de quantifier la diffusion gazeuse, en fonction de la saturation en eau, de matériaux ayant des pores de même dimension, ou du moins, de même ordre de grandeur. L’utilisation des pâtes de ciment permet quant à elle, de vérifier s’il est possible de décomposer le coefficient de diffusion d’un matériau dont la porosité est complexe, en un assemblage de coefficients de diffusion de matériaux dont la porosité est quasi-monomodale. Pour cela, on s’attachera à particulièrement à étudier l’impact de l’agencement du réseau poreux sur le coefficient de diffusion.Les travaux se décomposent en trois parties :• Etude des caractéristiques géométriques du réseau poreux des matériaux étudiés. Il sera utilisé la porosimétrie par intrusion de mercure, la porosimétrie à eau, des essais de sorption / désorption d’azote, et des essais de désorption d’eau.• Mesure expérimentale du coefficient de diffusion des matériaux, en fonction de leur humidité relative de stockage et de leur saturation en eau.• Modélisation du coefficient de diffusion des matériaux utilisés, et étude de l’impact de l’agencement de leur réseau poreux (tortuosité, connexion des pores entre eux) / This work documents the relationship that exists between the transfer properties of a material (pore size distribution, total porosity accessible to water, water saturation degree), and its diffusion coefficient. For this sake, materials having a quasi mono modal porosity are used: Vycor® glasses and geopolymers. We also use materials having a complex porosity: CEM V cement pastes. The use of Vycor® glasses and geopolymers allows quantifying the gas diffusion coefficient through materials having known pores size, as a function of their water saturation degree. The use of cement pastes allows checking if it is possible to decompose the diffusion coefficient of a complex porosity material, in an assembling of diffusion coefficients of quasi mono modal porosity materials. For this sake, the impact of pore network arrangement on the diffusion coefficient is studied in great details. This study is divided into three parts:• Measurement of the geometric characteristics of materials porous network by means of the mercury intrusion porosimetry, water porosimetry, isotherms of nitrogen sorption / desorption, and water desorption tests.• Measurement of the materials diffusion coefficient, as a function of their relative humidity storage, and their water saturation degree.• Modeling the diffusion coefficient of the materials, and study the impact of the pore network (tortuosity, pores connection)

Les réservoirs dits « tight gas » sont constitués de grès de faible perméabilité ayant des propriétés petro-physiques susceptibles de nuire à la productivité du gisement. Une importante zone de transition est observée in situ dans laquelle ni l’eau ni le gaz ne sont suffisamment mobiles pour permettre une extraction industrielle : c’est ce que l’on appellera le « permeability jail ». Cette étude vise principalement à caractériser l’influence du chargement mécanique (via l’utilisation de différentes pressions de confinement) et de la nature des roches (roches provenant de différents puits et prélevées à différentes profondeurs) sur les courbes de perméabilité relative au gaz et les caractéristiques poro-mécaniques de ces roches. La porosité accessible à l’eau mesurée est de 2 à 12%. La perméabilité intrinsèque au gaz a mis en évidence de fortes disparités sans lien avec la porosité des échantillons. Une grande sensibilité de la perméabilité relative au confinement a été observée dès l’application de pressions de confinement de 15 à 30 MPa. Deux familles d’échantillons ont ainsi été identifiées. Les échantillons les plus perméables (perméabilité compris entre 100 – 1000 μD), sont peu sensibles au confinement et leur perméabilité relative ne chute qu’à partir de saturations de l’ordre de 50%. Les échantillons les moins perméables apparaissent beaucoup plus sensibles à la fois au confinement et à la saturation.Des méthodes classiquement utilisées dans le domaine pétrolier reposant sur l’interprétation d’essais de porosimétrie par intrusion mercure, ont également été mise en œuvre pour évaluer les perméabilités relatives et les comparer aux mesures expérimentales / So-called tight gas reservoirs are constituted of low permeability sandstones, which petro-physical properties may interfere with proper gas recovery. They have a low absolute permeability (below 0.1 mD under ambient conditions), a porosity lower than 10%, and a strong sensitivity to in situ stresses as compared to conventional reservoirs. Moreover, an important transition zone is observed in situ, where partial water saturation is present, and which may extend over several hundred meters over the free water table. In such zone, where water saturation is on the order of 40-50%, neither gas nor water seems sufficiently mobile for industrial extraction: this is the permeability jail. Our aim is to assess their actual petro-physical properties, namely porosity, gas permeability under varying hydrostatic stress and water saturation level, in relation with sandstone microstructure. Accessible water porosity measured is between 2 to 12%. The intrinsic permeability to gas did not appeared related to the porosity of samples. A high sensitivity of gas permeability to confinement was observed. Two families of samples were identified. The more permeable samples (permeability between 100-1000 μD), are relatively insensitive to confinement and their relative permeability decrease for water saturation higher than 50%. Less permeable samples appear much more sensitive to mechanical loading and saturation.Methods classically used in oil and gas industry based on the interpretation of mercury intrusion porosimetry tests have also been used to evaluate relative permeability and compared with experimental measurements