La terre compactée est considérée comme un mélange granulaire dans lequel l'argile joue un rôle de liant mais cette dernière exhibe une forte interaction avec l'eau. Pendant la durée de vie en service, la terre compactée est soumise aux changements de l’humidité relative. En raison de ces changements des conditions ambiantes perpétuels, la teneur en eau dans la terre varie, impactant leur performance mécanique. Le présent travail a ainsi pour but d’étudier l’impact de l’humidité relative et de la teneur d'argile sur le comportement mécanique de la terre compactée. Il se réalisera au travers d’études expérimentales et d'une modélisation constitutive. Dans la première partie de cette thèse, quatre terres régionales de provenances et de teneurs d'argile différentes sont identifiées. Une étude comparative a été réalisée entre le double compactage statique et le compactage dynamique. En parallèle, trois types d'essais spécifiques : essais de succion par la méthode de papier-filtre, essais de retrait et essais d'absorption d'eau, ont été menés pour donner des indications préliminaires quant aux effets d'interaction entre l'eau et l'argile. Dans la deuxième partie, l’impact de l’humidité relative et de la teneur d'argile sur le comportement de cisaillement a été étudié, prenant en compte des cycles de chargement-déchargement. En adoptant une définition particulière de la contrainte effective de Bishop, il a également été observé que les états de rupture dans le plan (p'-q) pour tous les échantillons sont alignés approximativement à une ligne droite unique passant par l'origine, quelque soit la succion et la pression de confinement. Sur la base des résultats expérimentaux, un nouveau modèle constitutif a été développé pour la simulation du comportement mécanique de la terre compactée. Ce nouveau modèle a ainsi été formulé dans la cadre de la mécanique de l'endommagement des milieux continus et de la théorie de Bounding Surface Plasticity. / Compacted earth is regarded as a granular mixture in which clay plays a role of binder but it also exhibits an important interaction with water. During their service life, compacted earth can be subject to large changes in relative humidity. Those perpetual changes of environmental conditions induce continuous changes of water content of the earth that impact significantly its mechanical performances. The present work aimes at studying the mechanical behavior of compacted earth with respect to relative humidity and clay content. It involves an extensive experimental study and a constitutive modelling. In the first part of this thesis, four kinds of local earth are identified with different clay contents. A comparison of compaction method was then conducted between a double static compaction and dynamic compaction. Three types of specific tests: suction test by filter paper method, shrinkage test and sorption-desorption test were carried out, thereby providing a preliminary insight on the interaction effects between clay and water. In the second part, the impact of clay and moisture contents on the shear behavior of compacted earth was investigated taking into account loading-unloading cycles. Adopting a particular definition of Bishop's effective stress, failure states of all samples were observed to lie approximately on a unique failure line crossing the origin in the (p'-q) plane regardless of matric suction and confining pressure. Finally, based on the above experimental results, a new constitutive model was proposed, based on the theories of Bounding Surface Plasticity and continuum damage mechanics, aiming to simulate mechanical behaviour of compacted earth.

Le travail de recherche présenté dans ce mémoire de thèse porte sur l'étude de la conductivité électrique et de la permittivité diélectrique du sol dans le domaine des fréquences moyennes (100 kHz-10 MHz), l'objectif étant de développer une nouvelle méthode de cartographie simultanée de ces paramètres électriques. La conductivité électrique et la permittivité diélectrique étant sensibles aux paramètres d'état du sol, et notamment à sa teneur en eau, le couplage des informations apportées par ces deux paramètres doit permettre d'estimer la valeur de la teneur en eau en chaque point de mesure. Des mesures en laboratoire ont été réalisées afin de connaître l'évolution de ces deux paramètres en fonction de la fréquence. La permittivité diélectrique et la conductivité électrique d'échantillons de sable, de mélanges artificiels de sable et d'argiles (kaolinite et bentonite) en proportions variées et de sol limoneux ont été mesurées pour différentes teneurs en eau. Nous avons étudié l'effet de la teneur en argile, de la minéralogie des argiles impliquées ainsi que de la salinité de l'électrolyte. Dans le cas d'échantillons propres (sans argile), les lois de comportement existantes prédisent correctement la réponse à haute fréquence des matériaux étudiés en fonction de la teneur en eau. Des effets de polarisation d'interface s'ajoutent à la polarisation dipolaire des molécules d'eau pour des fréquences inférieures à 2 MHz. Ces effets sont d'autant plus importants que la teneur en argile augmente. Ils sont liés aux propriétés surfaciques de l'argile présente (capacité d'échange cationique, surface spécifique). Pour comprendre ces relations, des modèles complexes doivent être élaborés et testés. Nous avons privilégié une première approche qui consiste à établir une relation empirique afin de retrouver la valeur de la permittivité diélectrique liée à la polarisation dipolaire (permittivité HF due à la rotation des molécules d'eau). En parallèle a été développé un prototype d'appareil électromagnétique de mesure in situ, de type Slingram, composé de deux bobines perpendiculaires (PERP), qui fonctionne à 1,56 MHz. Après avoir étalonné l'appareil et testé sa réponse à des objets de propriétés connues, plusieurs sites d'expérimentation ont été choisis : des alluvions sableuses à l'INRA d'Orléans (Centre), des luvisols limoneux de l'INRA d'Estrée-Mons (Picardie) et des calcaires fracturés du site de Grand (Vosges). Ils présentent tous des natures de sols différents ; et des contrastes de teneurs en eau, naturels ou artificiels y ont été mesurés. Si, dans le cas des alluvions sableuses, les permittivités diélectriques sont du même ordre de grandeur que les permittivités HF et permettent de retrouver la teneur en eau du sol à partir des modèles théoriques existant, il n'en est pas de même pour des sols plus riches en argile. Les relations empiriques établies à l'aide des expérimentations en laboratoire permettent alors une première estimation de la teneur en eau, conforme aux teneurs en eau massiques des échantillons prélevés.