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La compaction des sols est un processus majeur contribuant à la dégradation de la structure des sols agricoles et qui cause des dommages économiques directs et indirects très importants pour l'industrie agricole nord-américaine. Bien que l'utilisation des machines agricoles lourdes soit la responsable de la compaction, ce sont les propriétés physiques du sol et surtout son état hydrique qui détermine sa résistance à la compression. L'hypothèse de départ de cette étude supposait que la courbe de rétention en eau (teneur en eau-succion) démontre le dynamisme de la succion matricielle à l'égard de l'effet de plusieurs autres caractéristiques physique du sol. L'allure de la courbe peut donc nous fournir, de façon dynamique, l'effet des caractéristiques physique du sol sur son comportement mécanique (sa consistance). L'objectif de cette étude est de combiner la courbe de rétention en eau dans des modèles constitutifs disponibles dans le logiciel d'éléments finis "Geo-Slope" afin d'améliorer la performance de ces modèles pour les sols non saturés. Le but est donc la mise en évidence de l'effet de la succion matricielle sur le comportement mécanique des sols non saturés et de réduire ainsi les tâches expérimentales d'étude du comportement mécanique des sols agricoles. Ce travail de recherche a été effectué en deux volets : expérimental et simulation. Des essais de la compression uniaxiale, pour différentes teneurs en eau, ainsi que les courbes de rétention en eau de 20 séries de sols agricoles ayant de texture variée et provenant de la province du Québec ont été réalisés. Nos résultats montrent que la pression de préconsolidation diminue à mesure que le taux d'humidité augmente jusqu'au potentiel matriciel de la capacité au champ. Par contre, le taux d'humidité n'avait pas d'effet sur l'indice de compression de ces sols. D'ailleurs, l'augmentation du pourcentage d'argile faisait augmenter la pression de préconsolidation. L'indice de compression augmentait aussi avec l'augmentation de la quantité d'argile jusqu'à 33 %, au-delà duquel il diminuait. Pour ce qui est les seuils des domaines hydriques, le seuil "w," a été localisé, pour les sols de texture moyenne de la série Joly, à la teneur en eau de 22 % qui est équivalente au potentiel matriciel de la capacité au champ mais, le seuil "w2" n'a pas été localisé pour aucun sol. Les simulations de la compressibilité par les trois modèles constitutifs disponibles dans le logiciel d'éléments finis "Geo-Slope", combinés avec la courbe de rétention en eau, démontrent que le modèle cam-clay a une meilleure concordance par rapport aux résultats expérimentaux malgré une faible surestimation. Le modèle hyperbolique et le modèle linéaire élastique, par contre, font des sous-estimations non négligeables de la déformation volumique. La procédure de la validation des modèles calibrés, sur un sol sableux, nous révèle que les écarts du modèle hyperbolique et surtout celui du linéaire élastique deviennent plus importants avec l'augmentation de la teneur en argile du sol où le comportement mécanique du sol s'éloigne du comportement linéaire. La déformation brutale et disproportionnée des sols sablonneux qui survient dès les premières étapes de chargement n'a pas été révélée par aucun de ces trois modèles.

La raffinerie Ultramar de Saint Romuald sur la rive sud de Québec produit des carburants qui sont acheminés par l'Ultratrain du Canadien National vers la métropole montréalaise. Trois années après la mise en service de ces trains de 1200 m de longueur pour 8000 tonnes, l'un d'eux déraille en 1999 dans une zone marécageuse où le sol naturel sous le remblai est un massif de tourbe. Les tourbes sont des sols organiques très compressibles saturés en eau et qui contiennent des fibres végétales. En 2004, au même endroit, un second déraillement a lieu. Le Bureau de la Sécurité des Transports (BST) et le Canadien National (CN) mandatent alors le département de génie civil de l'Université Laval pour étudier les conditions géotechniques de ces déraillements. Ainsi, de juin à novembre 2006, une campagne de mesures sur le site est mise en place pour collecter des données sur les pressions interstitielles et les tassements qui surviennent dans la tourbe pendant le passage des trains. Des tassements cumulatifs d'environ 1 cm en 3 mois sont mesurés. Ils sont causés par la dissipation des surpressions interstitielles que les trains bâtissent pendant leurs passages répétés. Ces résultats ont été présentés au BST et au CN en décembre 2006. Une première hypothèse possible de rupture locale, progressive et soudaine du massif de tourbe par poinçonnement lors du passage d'un train est alors formulée. Début 2007, des essais de résistance au cisaillement sur la tourbe prélevée sur le terrain sont réalisés dans les laboratoires de l'Université Laval. Ce sol est caractérisé par un comportement en cisaillement fortement dépendant de l'orientation du plan de rupture par rapport au plan d'alignement des fibres végétales contenues dans la tourbe. Les fibres sont naturellement orientées dans des plans horizontaux, rendant la tourbe fortement anisotrope. Si le plan de rupture est confondu avec le plan d'alignement des fibres, alors la résistance au cisaillement est minimum et correspond à celle de la matrice de la tourbe sans l'influence des fibres. A l'inverse, si le plan de rupture coupe les fibres, alors la résistance est augmentée. La quantification de cette augmentation est l'objectif de la campagne d'essais en laboratoire. Des études précédentes ont montré que lorsque les tourbes sont sollicitées dans des plans coupant les fibres, celles-ci ont tendance à s'aligner dans le plan de rupture et ainsi à diminuer progressivement la résistance au cisaillement le long de ce plan. Ainsi, en utilisant les résultats obtenus en laboratoire et les données de terrain, un mécanisme de rupture utilisé pour analyser et expliquer le déraillement de l'Ultratrin a été développé. Les calculs montrent que la diminution de résistance engendrée par l'alignement des fibres le long des plans de rupture dans la tourbe est suffisante pour provoquer le poinçonnement soudain de la tourbe sous le passage d'un train. Finalement, cette recherche montre que la capacité portante du massif de tourbe est régie par Panisotropie de la tourbe due à la présence des fibres végétales. / The Saint Romuald's Ultramar refinery near Québec City produces gas which is transported to Montréal by the Canadian National's Ultratrain. Three years after the first passage of these huge trains, a derailment occurs in 1999 in a naturally formed swamp zone, where the subsoil consists of peat. Peats are organic, very compressible and water saturated soils. They are also characterised by fibres content. A second accident takes place nearby in 2004. The Civil Engineering department of Laval University is then asked by the Transportation Safety Board of Canada (TSB) and by the Canadian National (CN) to investigate the geotechnical conditions of those derailments. In situ pore pressures and settlements of the peat under the rail embankment are monitored from June to November 2006. An accumulation of settlement of 1cm in 3 months in the peat is measured. They are the result of the overburden pressures dissipation created by the successive passages of the Ultratrain. The report of mis study has been presented to TSB and CN in December 2006. A first assumption of a local, progressive and unexpected failure of the peaty soil by punching is suggested. Triaxial and simple shear tests are performed in the Laval University's laboratories on samples of the in situ native peat on the beginning of year 2007. The shear behaviour of the peat turns out to be related to the relative orientation of the failure plane compared to the plane of deposit of the plant's fibres in the soil. Those fibres are generally oriented in a horizontal plane. This makes of the peat a strongly anisotropic soil. If the failure plane is parallel to the fibres plane, the shear strength corresponds to the strength of the matrix of the peat without the fibres reinforcing effect. This shear strength is minimal. If the failure plan cuts the fibres, the reinforcing effect of the fibres increases the shear strength. The objective of the laboratory tests is to evaluate this increase. Previous studies on peat showed that fibres trend to come into alignment with a failure plane, which decreases strongly the shear strength through this plane. The results of these tests and of the in situ investigations are used to develop a failure mechanism of the peat under the embankment. This mechanism explains the 2004 derailment. Calculations show that the shear strength's decrease caused by the fibres realignment is sufficient to produce the sudden failure of the peat by punching. Eventually, this study shows that the bearing capacity of the peat under the rail embankment is ruled by the anisotropic structure of the peat given by the fibres.