Le travail de thèse porte sur l'analyse du couplage écoulement – contrainte dans les roches fracturées et son application aux barrages. Le rapport de thèse est composé de 5 chapitres. Le premier chapitre présente une synthèse des travaux réalisés sur les roches fracturées et plus particulièrement sur le couplage écoulement – contrainte. L’accent est mis sur la modélisation numérique. Le second chapitre concerne la formulation de l’Élément Composite pour les roches fracturées. Il présente cet élément pour le problème mécanique ensuite pour le problème d’écoulement. Le 3ème chapitre présente l’extension de l’élément composite aux roches fracturées en prenant en compte le couplage contrainte – écoulement. Après une présentation de la formulation mathématique, on décrit l’introduction de cet élément dans un code de calcul. Le chapitre décrit aussi le fonctionnement de cet élément pour une fracture soumise à une contrainte normale puis à un cisaillement. Le 4ème chapitre traite de l’application de l’élément composite aux masses de roches fracturées contenant des drains. La performance de l’élément composite pour ce type d’applications est montrée à travers sa confrontation à la méthode des éléments finis classique. Le dernier chapitre présente l'application de l'élément composite à l'analyse du barrage de Xiaowan ayant un système de fondation complexe. La fondation contient trois ensembles de fractures et des drains. Cet exemple montre les performances de l'élément composite pour l'analyse des projets à géométrie complexe contenant des fractures. / The thesis concerns analysis of the stress-seepage coupling in fractured rock mass and its application on dams. The thesis is composed of 5 chapters. The first chapter presents a literature review on researches conducted on fractured rock mass and on seepagestress coupling in fractured rock with a particular focus on numerical modeling. The second chapter concerns the formulation of the composite element method for fractured rock mass. It presents the composite element method for stress and seepage problems. The third chapter concerns the formulation of the composite element for fractured rock mass considering seepage- stress coupling. After the mathematical formulation, it presents the numerical implementation of the composite element and its performances under both normal and shearing stress states. The 4th chapter presents analysis of the seepage-stress coupling for fractured rock mass with drainage holes. The numerical model is validated by its comparison to the convention al finite element method. The last chapter presents the use ofthe composite element for the analysis of the Xiaowan arch dam with complex fractured rock mass. The later contains three sets of fractures and drainage holes. This example shows the advantage and performances of the composite element for the analysis of complex projects.

L’ouverture du contact béton-rocher des barrages-voûtes est un phénomène fréquemment observé, qui se traduit par une piézométrie locale caractérisée par des effets non-linéaires : effet de seuil et couplage de ses facteurs explicatifs (effets hydrostatiques, thermiques, et temporels). Afin d’interpréter les mesures d’auscultation correspondantes, il est nécessaire de tenir compte de la non-additivité de ces influences, ce que ne permettent pas les modèles physico-statistiques de type régression linéaire multiple actuellement utilisés par l’ingénierie. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse sont d’aboutir à une meilleure compréhension des phénomènes hydrauliques ayant lieu à l’interface béton-rocher grâce à l’analyse et interprétation des mesures d’auscultation, et de caractériser l’état de dégradation du contact, en particulier son extension spatiale, à partir de ces mesures. À cet effet, deux modèles ont été développés, l’un basé sur les réseaux de neurones artificiels, l’autre sur une formulation non-linéaire du modèle HST, permettant d’expliciter l’effet des différentes charges sur l’écoulement. L’interprétation de la piézométrie en termes d’effets réversibles et irréversibles a permis de proposer une caractérisation d’ordre géométrique de l’état du contact dans un profil amont-aval, basée uniquement sur la lecture de ces effets. Puis, un modèle analytique d’écoulement a été formulé et investigué, construit à partir de cette description géométrique du contact, qui permet d’interpréter le champ de pression en plusieurs points de mesure d’un même profil. / The aperture of the rock-concrete interface of arch dams is a frequently observed phenomenon that shows through the non-linear features it induces in the local piezometry: threshold effects, couplings between its explanatory factors (hydrostatic effects, thermal effects, temporal effects). In order to interpret the corresponding monitoring measurements, it is necessary to take into account the non-additivity of those influences. This is not feasible with the multi-linear regression models that are commonly used in engineering. In that context, the aim of this thesis is to come to a better understanding of the hydraulic phenomena that occur at the rock-concrete interface based on the analysis and interpretation of monitoring measurements. In parallel, the objective is to characterise the state of deterioration of the contact, and more particularly its spatial extent, thanks to those measurements. To that end, two models were developed, the first one based on artificial neural networks, the second one based on a non-linear formulation of HST, enabling to make explicit the effects of the different loads on the flow. The interpretation of the piezometry in terms of reversible and irreversible effects made it possible to propose a geometrical characterisation of the contact state in an upstream-downstream profile, based only on the analysis of those effects. Then, an analytical flow model was expressed and investigated, built on this geometrical description of the contact. It permits to interpret the pressure field in several measuring points in one profile.

L'influence des effets de site sur la réponse sismique des barrages-voûtes a été étudiée récemment par différents auteurs. Dans les travaux effectués jusqu'à présent l'excitation sismique est utilisée de différentes façons, mais toujours en se limitant à quelques angles d'incidence d'ondes sismiques, définis à l'avance. Les réponses des barrages-voûtes dans ces conditions ne représentent que des cas particuliers sur lesquels sont basées les conclusions. La méthode des surfaces d'énergie présentée dans ce travail, représente une méthode générale (et en même temps économique) qui se sert du balayage tridimensionnel fin sur tous les angles d'incidence dans l'espace, pour différents types d'ondes sismiques et leurs différentes célérités de propagation. L'excitation sismique est représentée par les ondes P, SV, SH et ondes de Rayleigh. Leurs expressions ont été développées en séries limitées et remplacées par différentes combinaisons de fonctions de forme dont les coefficients sont les fonctions d'angles d'incidence et de direction. Cette méthode nous permet de définir les intervalles d'angles d'incidence les plus dangereux et ceux les moins dangereux pour un barrage ainsi que l'influence et l'importance des effets de site sur la réponse sismique des barrages-voûtes. Dans les conditions générales d'angles d'incidence, plusieurs paramètres ont été variés et analysés à l'aide de 12 différents modèles qui représentent des systèmes complexes du barrage-voûte avec son réservoir et la masse rocheuse qui les entoure. Ces paramètres sont : les angles d'incidence , la position du noeud dans le barrage, les célérités de propagation d'ondes du champ proche dans la roche, les célérités de propagation d'ondes du champ lointain, les effets de site, les types d'ondes, la compressibilité de l'eau, la présence de la retenue pleine, le changement de la taille et de la forme du réservoir, la direction de la vallée, des petites modifications de la forme de la frontière du modèle numérique, l'utilisation des éléments fluides pour modéliser le réservoir. La méthode d'énergie maximale traite le problème extrémal de l'énergie dans le barrage sur l'espace des fonctions de forme. L'excitation sismique est représentée par un signal plus complexe que celui obtenu par des ondes P, S V, SH et ondes de Rayleigh. Dans les analyses sismiques sur les effets maxima on détermine également des mouvements "éventuels" de la roche qui donnent l'énergie maximale dans le barrage. Les conclusions donnent un apport théorique basé sur les analyses paramétriques effectuées dans ces conditions générales d'angles d'incidence, ainsi qu'un apport pratique qui montre le moyen de détermination de la position du barrage la plus favorable par rapport aux intervalles d'angles prédominants de séismes (en remplissant en même temps les autres conditions nécessaires: statiques, géologiques etc.). Dans le domaine théorique cette thèse élargit et classifie nos connaissances sur les phénomènes des effets de site, en premier lieu l'influence sur le barrage (structure étendue) du massif rocheux, dont les propriétés mécaniques sont exprimées par la célérité de propagation d'ondes sismiques et de l'interaction barrage-fluide du lac de retenue. La méthode présentée dans ce travail ainsi que le logiciel entièrement créé pour le même travail peuvent être applicables, avec peu de modifications, sur d'autres structures étendues dont le comportement sismique est décrit dans le domaine linéaire de façon suffisamment correcte.