La consolidation des argiles par électro-osmose est une technologie qui fut appliquée sur certains chantiers depuis les années cinquante. Elle améliore grandement les propriétés mécaniques des argiles normalement consolidées. Par contre, les résultats hétérogènes sur le terrain et la difficulté de maîtriser l'efficacité du traitement, dues aux pertes de potentiel électrique au contact sol-électrodes, font en sorte qu'elle n'a jamais connu un succès commercial. Récemment, un projet in-situ a été réalisé par l'Université de Sherbrooke (BURNOTTE (2003)) avec la collaboration du ministère des Transports du Québec dans la ville de Mont Saint-Hilaire, Québec. Le projet du Mont Saint-Hilaire a été un succès et il a démontré une bonne concordance entre les résultats en laboratoire et les résultats sur le terrain pour un argile normalement consolidée. Le succès de ce projet pilote a fait ressortir quelques problématiques qui devront être comprises et maîtrisées afin que la technologie de consolidation par électro-osmose soit apte à des applications commerciales, dont: (1) influence du degré de surconsolidation ( OCR ); (2) influence de la géométrie sur l'efficacité du traitement; (3) traitement é.-o. des fondations pour un nouveau remblai. La compréhension de ces problématiques est nécessaire pour augmenter l'efficacité du traitement, améliorer la fiabilité des résultats envisagés, améliorer l'homogénéinité et diminuer les coûts du traitement.

Mes travaux de recherche sous la direction du Professeur A. Grovel, ont fait l'objet d'une thèse de doctorat sous le titre : "Modélisation dans un estuaire à marée. Rôle du bouchon vaseux dans la tenue des sols sous marins", soutenue à l'université de Nantes le 10 juillet 1992, devant le jury composé par : M. Bélorgey, C. Larsonneur, J. Chapon, A. Graillot, A. Grovel et P. Jouve.<br /> Depuis 1992, les recherches que je mène se situent dans le cadre de l'hydraulique maritime appliquée aux travaux maritimes. Ces recherches concernent principalement les problèmes d'aménagement portuaire et côtier, car les résultats de celles-ci apportent des éléments de réflexion aux ingénieurs en génie côtier, lesquels doivent tenir compte des contraintes environnementales propres à chaque site dans la conception des ouvrages maritimes. Il se pose alors quatre types de problèmes indissociables :<br />a) l'étude des conditions environnementales locales comprenant la mesure de la houle in situ, l'étude de la marée extrême locale et l'étude des couches sédimentaires mobilisables sous contraintes hydrodynamiques,<br />b) l'étude de l'implantation des ouvrages de protection contre la houle afin d'assurer une navigation en toute sécurité garantie par une modélisation fine de l'agitation portuaire, tenant compte de la houle incidente et des réflexions de la houle par les frontières latérales,<br />c) l'analyse de la stabilité d'ouvrages de génie civil nécessitant une connaissance approfondie de la houle de projet, de la marée, et de la tenue des sols marins,<br />d) l'examen de l'impact sédimentaire causé par les ouvrages de protection sur les problèmes d'ensablement, d'envasement et d'érosion.<br /> Les trois principaux thèmes sur lesquels je travaille actuellement à la Faculté des Sciences et des Techniques de Nantes, sont tous liés aux problèmes décrits ci-dessus ; les deux premiers ont des points communs avec ma thèse de doctorat et le troisième est un thème de recherche que j'étudie depuis 1994. Ces trois thèmes sont :<br />1) les processus sédimentaires des vases,<br />2) les problèmes hydrosédimentaires dans les estuaires et les zones côtières,<br />3) l'agitation portuaire.<br /> Ces thèmes sont développés respectivement dans les chapitres 1, 2 et 3 de ce mémoire, ensuite, les différentes activités liées à la recherche auxquelles j'ai participées depuis 1992 sont décrites au chapitre 4 et finalement les conclusions et perspectives sont présentées.

Le tassement des sols agricoles est l'un des problèmes se posant à l'agriculture moderne dans beaucoup de région du monde: on estime que le tassement lié au passage d'engins concerne 33 millions d'ha en Europe. Du fait des modifications importantes de la structure du sol qu'il engendre (au niveau des couches travaillées et des couches sous-jacentes), le tassement peut avoir des conséquences importantes à la fois sur la production végétales et l'environnement. L'intensité du tassement est déterminée d'une part par les contraintes mécaniques exercées à la surface du sol lors du passage de l'engin agricole (charge, pression des pneumatiques ...) et transmises dans le sol, et d'autre part par la résistance mécanique du sol à ces contraintes. Le travail proposé est constitué de deux parties: la première s'attache à modéliser les contraintes verticales exercées par un engin à la surface du sol. Ce travail numérique réalisé avec le code de calcul PLAXIS montre que les propriétés mécaniques du sol influence fortement la distribution de ces contraintes en surface. Nous proposons une méthode pour les générer numériquement à l'aide d'une plaque de rigidité de flexion variable. La seconde partie concerne la résistance mécanique du sol en interaction avec son état hydrique. Elle s'appuie sur deux dispositifs expérimentaux de laboratoire qui permettent de contrôler ou d'imposer l'état hydrique du sol (succion) au cours de la compression. Cette étude nous a permis de montrer l'importance relative de la structure du sol (granulométrie, masse volumique) et de la succion sur la courbe de compression du sol. Nous avons proposé une typologie de comportement selon la succion et les contraintes appliquées qu'il faudrait généraliser à d'autres sols.

Le comportement des matériaux granulaires est énéralement difficile à décrire par des approches tatistiques ou de mécanique des milieux continus. D'une part, il est difficile de trouver un volume élémentaire représentatif compte tenu des tailles des grains, d'autre part, les trajectoires des grains qui le constituent sont corrélées à cause de l'écoulement dense. Dans la première partie, nous nous penchons sur la description du modèle d'éléments discrets adopté dans cette étude. Nous nous intéressons également à l'effet des paramètres de simulation sur la qualité des échantillons et leurs réponses sous chargement axial quasi-statique. La deuxième partie est consacrée à l'étude du phénomène de tassement sous chargements périodiques. Une approche expérimentale est menée afin de comprendre les effets des grandeurs physiques qui peuvent, à<br />priori, influencer la vitesse de tassement. Ces résultats sont confrontés, par la suite, à l'approche numérique basée sur la dynamique moléculaire. Pour compléter l'étude du mécanisme de tassement, les effets de la granulométrie, de la forme des grains,<br />du degré de confinement et des paramètres de simulation sur la vitesse de tassement sont étudiés en utilisant l'approche discrète. Confrontés au coût élevé de la dynamique moléculaire, une nouvelle<br />approche de calcul de tassement à long terme a été proposée. Elle consiste à utiliser séquentiellement un calcul de dynamique moléculaire, une technique de prolongement et une méthode de relaxation afin de simuler à long terme l'écoulement de la matière au cours des cycles de chargement.

Ce mémoire comporte six chapitres. Le premier chapitre passe en revue les problèmes des sols argileux gonflants dans le monde et au Maroc, décrit leurs propriétés physiques et mécaniques, leur nature minéralogique et leur structure, en insistant sur leur comportement lors de l'humidification. Le deuxième chapitre analyse, sur la base des travaux de l'auteur, les différentes pathologies induites dans les bâtiments par le gonflement des sols argileux du Maroc. Les deux chapitres suivants portent sur le calcul des efforts dans les fondations superficielles et de leurs tassements ou gonflements : le chapitre 3 analyse les modifications des contraintes qui sont induites dans les fondations superficielles en béton armé par le gonflement non homogène du sol que provoque l'humidification du massif de sol à partir d'une source d'eau qui peut avoir une position quelconque par rapport à la structure. Le chapitre 4 étudie l'effet de la charge transmise par la fondation sur l'état des contraintes dans le sol et sur les déformations qui se développent en cas d'humidification, qui peuvent être des tassements ou des gonflements suivant les valeurs de la pression de gonflement et de la contrainte verticale dans le sol. Les deux derniers chapitres du mémoire décrivent une étude expérimentale de chargement de fondations superficielles sur des sols gonflants, réalisée dans la ville d'Ouarzazate : le chapitre 5 présente les résultats de l'étude en laboratoire et leur interprétation en termes d'effet de la teneur en eau sur les déformations, la perméabilité et la résistance des sols à deux niveaux sous les fondations. Le chapitre 6 décrit l'expérimentation en vraie grandeur, donne les résultats des essais réalisés sur les quatre fondations superficielles à différents instants du processus d'humidification et de séchage du sol et les interprète à la lumière des résultats des essais de laboratoire et des formules de calcul développées dans les chapitres précédents.

L'objectif premier de cette recherche, réalisée dans le cadre du génie civil, est de modéliser les processus sédimentaires verticaux (dépôt, tassement, et érosion), faisant partie de la dynamique sédimentaire des vases dans les estuaires.<br />Afin de parvenir à ce but, trois démarches différentes sont suivies :<br />- Analyse des modèles couramment utilisés en sédimentologie.<br />- Adaptation aux problèmes sédimentaires des modèles utilisés dans d'autres disciplines.<br />- Proposition de nouveaux modèles.<br />Les modèles proposés tiennent compte des actions mécaniques et des propriétés caractéristiques des vases. Les différentes propriétés de la vase sont reliées à la concentration et à la température par des lois simples utilisant un maximum de trois paramètres, ce qui facilite une modélisation hydrosédimentaire à paramètres multiples.<br />D'une manière générale, les modèles sont ajustés pour la vase de l'estuaire de la Loire. Cependant, ils sont applicables à d'autres sites, aux valeurs des paramètres près.<br />Un modèle général de tassement satisfaisant les principes issus de la mécanique de sols est développé; le tassement par sédimentation des suspensions est simulé comme un cas particulier en absence de contraintes effectives.<br />Un modèle iso-concentration multicouches pour la dynamique verticale des dépôts de vase est formulé. Ce modèle permet de détecter la concentration au-dessus de laquelle la vase s'accumule dans le fond pour former la crème de vase.<br />Enfin, des essais rhéométriques réalisés sur une vase de l'estuaire de la Loire mettent en évidence l'influence de la température sur sa rigidité initiale, laquelle conditionne l'érosion.<br />Cette synthèse des différentes modélisations hydrosédimentaires nous a permis la construction d'un modèle numérique unidimensionnel de l'ensemble de l'estuaire de la Loire.

Dans le contexte de l'ingénierie du transport, ce travail est consacré à l'étude du comportement cyclique à long terme des infrastructures (voie ferrée, chaussées routières, ...). Ces dernières sont sujettes à des chargements de trafic qui provoquent des dégradations importantes (défauts de voies ferrées et orniérage des chaussées) ayant pour conséquence des problèmes d'exploitation, de confort et de sécurité des usagers. Les campagnes de maintenance étant coûteuses, il en résulte la nécessité de disposer d'un outil de prédiction des dégradations des infrastructures permettant l'optimisation de l'intervention des exploitants. Nous proposons dans ce travail une approche de type calcul des structures visant à déterminer la réponse globale de la plate-forme soumise à des chargements répétés (quelques millions de cycles), notamment le tassement résiduel en surface. Nous décrivons en particulier ce phénomène (à double échelle de temps) en se référant à l'effet de l'accumulation des déformations permanentes qui sont à l'origine de l'apparition du tassement résiduel. La détermination de ces déformations permanentes nécessite la formulation d'une loi de comportement cyclique des matériaux constitutifs de l'infrastructure (ballast, grave non traitée) que nous incorporons dans un schéma de calcul. En se basant sur l'approche ainsi développée, nous mettons au point un outil de calcul numérique faisant intervenir un code de calcul en éléments finis, permettant la détermination du tassement résiduel de l'infrastructure de transport après application de quelques milliers de cycles. Nous avons validé cette procédure, qui a été ensuite testée à partir de la simulation d'essais effectués sur un banc, modélisant une portion de voie ferrée à l'échelle réduite. Finalement, nous avons tenté de tenir compte de l'élasticité non linéaire des matériaux constitutifs de l'infrastructure de transport, et nous avons mis en exergue l'importance de cet aspect dans la prédiction du tassement résiduel.

Dans un contexte mondial d’accroissement de la demande en travaux souterrains en sites urbains, l’ingénieur doit disposer d’outils et de méthodes performants pour concevoir des ouvrages sûrs, à risques évalués et maîtrisés. La prévision des tassements provoqués par le creusement de tunnels en site urbain repose largement sur des méthodes empiriques. Dans ce mémoire, on propose une méthode de prévision des tassements pour des tunnels creusés par la méthode conventionnelle avec présoutènements. Cette méthode est basée sur des modèles éléments finis tridimensionnels avec CESAR-LCPC. On s’intéresse d’abord aux spécificités des tunnels urbains, et aux limites des différentes méthodes empiriques et numériques. On introduit ensuite une loi de comportement du sol qui combine une élasticité non-linéaire et une isotropie transverse. Le modèle reproduit le profil, notamment la largeur, des cuvettes de tassements empiriques de référence et facilite les études de sensibilité. Le dimensionnement des présoutènements, boulons en fibre de verre et voûte parapluie, est ensuite décrit pour la maîtrise des tassements. La dernière partie est une étude de cas d’une conception par analyse de risques d’un ouvrage représentatif du contexte du Grand Paris Express / In a context of increasing demand for underground works in urban areas worldwide, the engineers must have efficient tools and methods to design safe structures, with assessed and managed risks. The prediction of settlements due to urban tunnelling is mainly made with empirical methods. In this dissertation, we propose a method of settlements prediction for tunnels built using conventional methods (i.e. without TBM), with reinforcements. This method is based on three dimensional finite element models with CESAR-LCPC. In the first place, we present the specificities of urban tunnels, and the limitations of numerical and empirical methods. Then, we introduce a constitutive model for the soil which combines a non-linear elasticity and a cross-anisotropic behaviour. This model reproduces the shape, and especially the width, of the reference empirical settlement troughs and permits easy sensitivity analysis. The design of reinforcements, fibreglass bolts and umbrella arches, is then described for the purpose of reducing the settlements. The last section is a case study of risk analysis design for a tunnel typical for the context of the Grand Paris Express project

Cette thèse porte sur l'étude du comportement hydromécanique des déchets biodégradables à deux échelles : au laboratoire et dans les sites de stockage. Après une introduction sur les Installations de Stockage et le traitement final des déchets(Chapt.1), les paramètres physiques, mécaniques et hydrauliques sont définis par analogie avec les milieux granulaires(Chapt.2).Les recherches présentées se rapportent d'une part aux propriétés de transfert et d'autre part aux propriétés mécaniques d'un déchet biodégradable. Des essais originaux de compression-perméabilité au gaz ont été réalisés sur des déchets jeunes et des déchets biodégradés au laboratoire dans le but de mesurer l'évolution de la conductivité au gaz en fonction du tassement et du degré de saturation en lixiviat (Chapt.3). Ces essais permettent de valider le modèle de double porosité proposé par Stoltz (Thèse 2009) (Chapt.4). Dans un deuxième temps, on s'intéresse aux propriétés mécaniques : une nouvelle version du logiciel ISPM est proposée, il s'agit d'un outil de modélisation destiné à la prévision du tassement des déchets -Olivier (Thèse 2003). Ce nouveau modèle appliqué à l'étude du tassement de deux alvéoles en service , a permis par méthode inverse de déterminer le coefficient de compressibilité secondaire de ces déchets (Chapt.5). Enfin, la résistance au cisaillement de déchets biodégradables issus de forages est caractérisée en fonction de différents paramètres d'état (Chapt.6) et ces valeurs sont utilisées pour un calcul de stabilité sur site.

La mise en place de trains à grande vitesse a rendu de plus en plus cruciale la compréhension et la prévision du comportement dynamique à long terme des voies ferrées. En particulier, le tassement des infrastructures conditionne le coût de maintenance des voies. Ce tassement d’infrastructure est par ailleurs étroitement lié aux propriétés des matériaux constitutifs sollicités par le chargement cyclique. La thèse décrit les résultats obtenus pour la caractérisation d’un matériau de type « micro-ballast » de constitution semblable à celle d’un ballast utilisé en infrastructure ferroviaire, mais de taille de grain réduite (d/D=6/24). L’expérimentation utilise des appareils triaxiaux de deux diamètres F300mm et F100 mm. 1. Essais sous sollicitation monotone: Les essais poussés jusqu’à rupture ont permis de mettre en évidence une courbure de la courbe intrinsèque sous faible niveau de chargement et un effet d’échelle sensible entre les deux tailles d’échantillon. 2. Essais sous chargement cyclique: Le plan d’expériences a permis de prendre en compte l’influence de la fréquence d’application de la sollicitation cyclique, de la pression de confinement, de la charge appliquée et du nombre de cycles. Les résultats obtenus sont interprétés dans le cadre d’une loi de comportement adaptée à l’étude de sollicitations cycliques à grand nombre de cycles / The use of high-speed trains makes it crucial to understand and predict the long term dynamic behavior of railway tracks. In particular, the settlement of infrastructures incurs track maintenance costs. This settlement of infrastructure is besides closely linked to the physical properties of the material, when stressed by a cyclic loading. The thesis describes the experimental results obtained on a so called « micro-ballast » material whose grain properties are similar to those of a ballast used for train tracks, but having reduced grain size (d/D=6/24) . Experiments are performed by using triaxial testing on tow diameters (300 mm and 100 mm). 1. Tests under monotone compression: failure tests provided evidence for a curvature of the failure envelop and a significant scale effect between both sample sizes. 2. Tests under cyclic loading: The experimental plane took into account the influence of the application frequency used for the cyclic loading, the confining pressure, the applied charge and the number of cycles. An interpretation of the results in the context of constitutive equations which can be used for the simulation of a high number of cycles is presented