Les bactéries lactiques (LAB) ont suscité ces dernières années un intérêt accru en agroalimentaire du fait de leur potentiel probiotique, i.e. des potentiels bénéfices santé associés à leur consommation. Les interactions adhésives entre bactéries et composants alimentaires sont susceptibles de jouer un rôle-clé à la fois sur la protection et la répartition des bactéries au sein de l’aliment, impactant donc leur action probiotique. Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont pour objectif une meilleure compréhension de ces interactions, afin d’optimiser la fonctionnalité d’aliments contenant des LAB. En effet, le comportement adhésif de la majorité des LAB, ainsi que l’effet des interactions adhésives sur la structuration de l’aliment, sont encore mal connus. En outre, certaines étapes de fabrication alimentaire, telles que l’atomisation, peuvent être génératrices de stress pour les bactéries et donc partiellement compromettre leur capacité à adhérer. Dans le cas où ces bactéries seraient intégrées au sein d’une matrice adhésive, il est également légitime de s’interroger sur les effets de cette adhésion sur la protection des bactéries vis-à-vis du stress infligé. Une méthode de criblage haut-débit a d’abord été développée dans l’objectif d’évaluer rapidement l’affinité adhésive d’une centaine de souches vis-à-vis d’une gamme de biomolécules d’intérêt. Cette méthode a ensuite été appliquée à une collection de 73 souches LAB et a permis de dégager des caractéristiques communes parmi les souches adhérentes, notamment en termes de spécificité d’adhésion. Deux études (expérimentale et théorique) ont été menées conjointement sur l’impact du stress de cisaillement sur la fonctionnalité et l’intégrité des chaînes bactériennes. Ces études suggèrent que la rupture de chaînes bactériennes induite par un stress mécanique serait un processus protecteur de la fonctionnalité bactérienne. Le modèle construit prédit une régiosélectivité des dommages infligés aux cellules bactériennes en chaînes, dont l’intensité dépendrait également de la longueur de chaîne. Appliqué aux interactions adhésives bactéries-particules dans une matrice alimentaire soumise au cisaillement, le modèle suggère un impact défavorable de cette adhésion sur les dommages infligés aux bactéries, d’autant plus important que les particules sont de grande taille. Ce travail pluridisciplinaire apporte ainsi plusieurs éléments-clé qui seront utiles lors la conception et production d’aliments fonctionnels optimisés par rapport à leur action probiotique. / In the last decade, there has been an increasing interest in the potential health effects associated with consumption of Lactic Acid Bacteria (LAB) in foods. Adhesive interactions between bacteria and food components are likely to play a key role on bacterial probiotic action by modulating both bacterial protection and distribution within food matrices. Research presented in this thesis aims a better understanding of these interactions to help optimizing functional food design. Indeed, the adhesive behavior of most LAB, as well as the impact of adhesive interactions on food structuration, remain mostly unknown. Furthermore, some food manufacturing steps, such as spray-drying, may induce stress on bacteria, which can cause partial loss of bacterial adhesive capacities. In case of bacteria integrated within an adhesive matrix, the effect of adhesive interactions on bacterial protection from stress can also be questioned. A high-throughput screening method was first designed to screen quickly a hundred of strains for their adhesive affinities towards a given range of biomolecules of interest. This method was then applied to a 73-LAB strains collection which allowed identifying common characteristics amongst adhesive strains, especially in terms of adhesion specificity. Two studies (experimental and theoretical) were performed in parallel to determine the impact of shear stress on bacterial functionality and bacterial chains integrity. These studies suggest that the stress-induced breaking-down process of bacterial chains can be thought of as a functionality protective process. The proposed model predicts regioselectivity of damages inflicted to bacterial cells within a chain, which intensity would vary with chain length. When applied to bacteria-spherical component adhesive interactions within a food matrix submitted to shearing, the model suggests an unfavorable impact of adhesion on bacterial cell damages, which would be all the more important than spheres are big. This multidisciplinary research project points out several key findings that may help with designing more efficient food matrices for optimized LAB delivery.

La nature complexe de l'argile a amené les chercheurs à s’intéresser à ses comportements mécaniques et microstructure. L'objectif de cette recherche est d'étudier l'influence des chemins de contrainte triaxiaux sur le comportement mécanique et sur les mécanismes qui se produisent au niveau microstructural. L’étude est réalisée en considérant à un niveau de contrainte donné, le phénomène de dilatance est approché suivant des chemins de contraintes différents. Dans un deuxième temps, l’étude se porte sur l’influence de la succion sur le comportement. Pour les argiles remaniées saturées, le comportement dilatant à un niveau de contrainte donné, atteint par deux chemins de contrainte différents a été finement analysé. L’influence du niveau de contrainte a été également abordée dans le cadre de cette étude. L’analyse microstructurale a été analysée à différentes échelles au moyen de différentes méthodes. Au niveau macroscopique, les résultats ont montré que, pour un niveau de contrainte donné, le comportement volumétrique est fonction du chemin de contrainte. La dilatance est activée dans le cas d’argiles surconsolidées principalement lorsque le chargement est purement déviatorique. Au niveau microscopique, les résultats mettent en évidence cinq modes d’orientation des particules qui pourraient être activés sous chargement triaxial. Les résultats révèlent que l’apparition de la dilatance dans les argiles remaniées fortement surconsolidées peut être attribuée à l'arrangement tortueux des particules d'argile, l'ouverture des micropores ainsi que la formation et l’ouverture de fissures mésoscopiques. Pour les argiles remaniées non saturées, les études sont réalisés par les essais macroscopiques et mésoscopiques sur l'argile Kaolin K13 et un mélange kaolinite-montmorillonite. L’évolution des succions a été mesurée au moyen d’hygromètres placés dans les extrémités supérieure et inférieure d’échantillon. Les résultats démontrent que la contrainte déviatorique d’argile non saturée, lorsque la succion est forte, commence par augmenter jusqu'à un sommet puis diminue pour rejoindre une valeur résiduelle. La résistance au cisaillement d’argile non saturée augmente généralement avec la contrainte moyenne et la succion. Cependant, dans nos essais à succion très élevée le développement d’une fissuration lors du séchage a conduit à perdre l’homogénéité du matériau et à réduire la résistance au cisaillement de l’éprouvette / The complex nature of clay has aroused great interest of researchers in its mechanical behaviour and microstructure. The objective of this research is to examine the influence of triaxial stress paths on the mechanical behaviour of remoulded clay and the mechanisms that occur at the microstructural level. The dilatancy phenomenon is particularly investigated considering a given stress level reached by following different stress paths. In the second part, this research focuses on the influence of suctions on the mechanical behaviour. For the saturated remoulded clay, the dilative behaviour at a given stress level, reached by following two different stress paths was analysed in detail. The influence of stress levels was also examined in this research. The microstructural analysis was conducted at different scales by means of different methods. The macroscopic results of saturated clay show that, at a given stress level, the volumetric behaviour greatly depends on the stress path. In the case of overconsolidated clay, the dilatancy is activated especially when triaxial shearing is performed following the purely deviatoric stress path. At the microscopic level, the results highlight five modes of particle orientation that could be activated under triaxial loading. The results also reveal that the appearance of dilatancy phenomenon in highly overconsolidated remoulded clay may be attributed to the tortuous arrangement of clay particles, the opening of micropores, and the formation and opening of mesocracks. For the unsaturated remoulded clay, the studies were performed through many macroscopic and mesoscopic tests on Kaolin K13 clay and a kaolinite-montmorillonite mixture. The evolution of suctions was measured using hygrometers placed near the upper and lower ends of clay specimens. The results show that, at a high suction level, the deviatoric stress of unsaturated clay increases to a peak and then decreases down to a residual value. The shear strength of unsaturated clay generally increases with increasing mean stress and suction. However, in the high suction tests, the development of cracks during drying led to the inhomogeneity of the specimens and thus resulted in relatively small shear strengths

Le développement de matériaux conventionnels met l'accent sur l’affinement etl'homogénéisation des tailles de grains. Cela, ne satisfait généralement pas le besoin d’avoir desmatériaux à la fois résistants et ductiles, deux caractéristiques plutôt antagonistes. Dans laprésente étude, le concept de structure harmonique (HS) permettant de créer une microstructure,hétérogène, à gradient de taille des grains est utilisé pour surmonter cette antinomie. Lesmatériaux HS sont constitués de structures à grains ultrafins et à gros grains, appelées «coquille»et «coeur», respectivement. Le réseau de coquilles étant interconnecté en 3D. Dans cette étude, leTi pur, et les deux alliages Ti-6Al-4V et Ti-25Nb-25Zr sont traités de manière à produire desmatériaux HS. Leurs propriétés mécaniques, ainsi que celles des matériaux homogènes(conventionnels) correspondants ont été évaluées principalement en cisaillement simple(monotone et cyclique). En particulier, les matériaux HS démontrent comme attendu, une forterésistance mécanique, sans perte ductilité. Pour accéder aux mécanismes de durcissement, unmodèle de partition des contraintes est appliqué et les différentes contributions à la contraintemacroscopique ont été extraites et leur influence sur l'évolution du durcissement est présentée etdiscutée, en relation avec les mécanismes de déformation sous-jacents. En particulier, ladélocalisation de la déformation plastique due au gradient de microstructure et la périodicité decette dernière joue un rôle fondamental dans les comportements observés. / Conventional material developments have emphasized ultrafine grain refinement andhomogenization. However, nanostructured and homogeneous materials do not usually satisfy theneed to be both strong and ductile, which are, of course, rather contradictory characteristics. Inthe framework of this study, the concept of Harmonic Structure Materials Design (HS) thatcreates a nanostructured and heterogeneous microstructure has been used as a means to creatematerials to overcome that antinomy through its unique microstructure. The HS materials consistof ultra-fine grain and coarse grain structures known as shell and core, respectively. They have anetwork structure of continuously connected shells. In this study, pure Ti, Ti-6Al-4V and Ti-25Nb-25Zr alloys were processed so as to produce HS materials. The mechanical properties ofHS and homogeneous (conventional) counterpart materials were evaluated mainly throughsimple shear tests (monotonous and cyclic). In particular, the HS materials high strengths,without ductility lost under simple shear loadings. Stress partitioning model was applied and thedifferent contributions to the applied macroscopic stress were extracted and their influence onthe work hardening evolution presented and discussed, in relation to the underlying deformationmechanisms. In particular, the delocalization of plastic deformation due to the grain size gradientplays a fundamental role in the observed behavior.

Cette thèse est une étude expérimentale et numérique du comportement au cisaillement de milieu granulaire humide sous l’effet de la quantité de liquide introduite et la contrainte normale appliquée. Les expériences ont été faites sur une cellule de cisaillement annulaire, pour une large gamme de contraintes appliquées allant de presque 0.3 kPa à 12 kPa. Les résultats donnent la variation de la contrainte de cisaillement en régime stationnaire en fonction de la contrainte normale pour une large variation de la quantité de liquide. Le liquide dans le milieu granulaire va de ponts liquides formés au point de contact jusqu’au remplissage totale de l'espace entre les grains. L’effet de liquide sur la résistance au cisaillement et la porosité de milieu granulaire a été analysé. Différents régimes du comportement de milieu granulaire humide ont été identifiés. Afin d’acquérir une compréhension microscopique du comportement au cisaillement de milieu granulaire sec et partiellement humide, la méthode des éléments discrets (DEM) a été utilisée. Des billes de verre de grande taille (2 mm de diamètre) ont été utilisées pour réduire le temps de simulation et faciliter la caractérisation à l’échelle de particule. Une première partie a été consacrée à l’étude de l’effet des propriétés microscopiques de particule (Module de Young et la friction de glissement) sur les propriétés macroscopiques de milieu granulaire sec et humide (le nombre de coordination, la porosité, le ratio de contraintes et la vitesse de particules). Une deuxième partie a été concernée par l’étude du comportement au cisaillement de milieu granulaire humide pour différentes fractions de liquide et différentes contraintes normales appliquées. En particulier, les forces capillaires et le nombre de ponts liquide ont été quantitativement analysés. / We study experimentally and numerically the shear behaviour of wet granular material. We investigate the effect of the liquid content and the applied normal stresses to this behaviour. An annular shear cell was used to carry out the experiments, for a large range of applied normal stress from about 0.3 kPa to 12 kPa. The results give the variation of the shear stress at steady-state as a function of the normal stress for a wide range of liquid fraction. The incorporated liquid goes from forming bridges at the contact point to completely filling the space between grains. The shear resistance and the voidage fraction variations with the liquid fraction were analysed. Depending on the applied normal stress and the liquid fraction, different regimes of the shear resistance were identified. The discrete element method (DEM) was used to gain a microscopic understanding of the shear behaviour of dry and partially wet granular material in the shear cell. Large size glass beads were used to speed up the computational time and to facilitate characterisation at the particle scale. First, the influence of the microscopic properties of the particle (The Young’s modulus and the sliding friction) on the macroscopic properties of dry and wet granular materials (the coordination number, the voidage fraction, the shear ratio and the velocity of particles) was investigated. Secondly, the shear behaviour of the partially wet granular material for different liquid fractions and normal stresses was studied. The capillary forces and the number of liquid bridges were quantitatively analysed.

Une technologie prometteuse pour répondre à la demande croissante en énergie renouvelable est la gazéification de biomasse lignocellulosique pour la production de biocarburants de deuxième génération. Ce procédé nécessite une alimentation en biomasse sous forme de poudre. Les problèmes de convoyage et de manipulation liés à la faible coulabilité de la biomasse broyée sont un verrou pour l’industrialisation des procédés BtL. La torréfaction comme procédé de prétraitement, en plus d'augmenter densité énergétique de la biomasse, peut influencer également les propriétés des particules obtenues après broyage, et en conséquence, l’écoulement des poudres. L'évaluation de l'écoulement des poudres de biomasse sous différentes conditions de consolidation est essentielle pour concevoir des technologies de manipulation et de convoyage efficaces.L'objectif de ce travail est d'évaluer l'effet des conditions de torréfaction et de broyage sur l’écoulement de poudres de biomasse. Une première partie consiste en une étude expérimentale dans laquelle la coulabilité d'échantillons torréfiés sous différentes intensités a été évaluée à l'aide d'un appareil de cisaillement annulaire. La coulabilité est corrélée à l'intensité de la torréfaction (mesurée par la perte de masse globale) pour deux essences différentes. La forme des particules semble être le paramètre qui influence de manière prédominante la coulabilité des poudres à l'état consolidé. La caractérisation de la coulabilité à l’état non consolidée a été effectuée à l'aide d'un tambour rotatif par l’analyse des avalanches des poudres. Des corrélations entre les caractéristiques des particules et la coulabilité sont ainsi établies. La modélisation de l'écoulement de la biomasse à l'aide de la Méthode des Éléments Discrets (DEM) constitue une deuxième partie de cette recherche. La taille submillimétrique des particules de biomasse, ainsi que leur faible densité, leur forme allongée et leur comportement cohésif sont des défis pour l’implémentation d’un modèle de réaliste d’écoulement particulaire en DEM. Un modèle DEM des particules de biomasse est mis en œuvre à l'aide d'une représentation simplifiée (assemblement de sphères) à gros grains de la forme des particules, ainsi que d'un modèle de force cohésif. Une procédure systématique de calibration des paramètres DEM permet d'obtenir un ensemble de paramètres ajustés. L'évolution expérimentale des contraintes de cisaillement d’une poudre dans un état consolidé peut alors être reproduite de façon réaliste. De même, le comportement d’avalanche des poudres dans un tambour tournant est également bien reproduit par les simulations, de façon qualitative et quantitative. Ces résultats mettent en évidence le potentiel des simulations DEM pour étudier l'effet des caractéristiques des particules, qui sont influencées par la torréfaction et les conditions de broyage, sur le comportement d'écoulement de la biomasse en poudre. / Gasification of lignocellulosic biomass for production of second-generation biofuels is a promising technology to meet renewable energy needs. However, feeding and handling problems related to the poor flowability of milled biomass considerably hinder the industrial implementation of Biomass-to-Liquid processes. Torrefaction as pretreatment step, in addition to improving energy density of biomass, also affects the properties of the milled particles (namely size and shape) that significantly influence flow behavior. The evaluation of biomass flow characteristics under different flow conditions is essential to design efficient and trouble-free handling solutions.The aim of this work is to assess the effect of the torrefaction and grinding conditions on the biomass flow behavior. A first part consists of an experimental study in which the flow properties of samples torrefied under different intensities were obtained using a ring shear tester. Flowability is correlated to the intensity of torrefaction, as measured by the global mass loss, for two different wood species. Particle shape seems to be the predominant parameter influencing flowability of powders in a consolidated state. Characterization of non-consolidated flowability through avalanching analysis using an in-house rotating drum was also conducted. Correlations between particle characteristics and flow behavior are thus established.The modelling of biomass flow using the Discrete Element Method (DEM) constitutes a second major part of this research. Challenging aspects of biomass particle modeling are their submillimetric size, low density, elongated shape and cohesive behavior. A material DEM model is implemented using a simplified (multisphere) upscaled representation of particle shape, along with a cohesive contact model. A systematic calibration procedure results in an optimal set of DEM parameters. The experimental shear stress evolution and yield locus can then be realistically reproduced. The avalanching behavior of the powders is also well captured by simulations, both qualitatively and quantitatively. These results highlight the potential of DEM simulations to investigate the effect of particle characteristics, which are driven by torrefaction and grinding conditions, on the flow behavior of powdered biomass.

Cette thèse traite de l’effet des grilles en fibre de verre, utilisées pour renforcer les structures routières, sur la liaison entre deux couches d’enrobés bitumineux, la durée de vie en fatigue et le module de rigidité des ´éprouvettes cylindriques renforcées, ainsi que sur les déflexions mesurées sur une section de route renforcée in situ. Des essais de cisaillement (LEUTNER) ainsi que de module et de fatigue (ITT) ont été conduit sur des éprouvettes renforcées et non renforcées en utilisant différentes grilles, différentes émulsion ainsi que différentes quantités d’émulsion. Pour ces essais, une surface de test a été construite in-situ, de laquelle les ´éprouvettes ont ´été extraites. Une section de route in-situ a ´également été construite, renforcée avec 3 différentes grilles et avec deux sections de références. Les déflexions de la chaussée ont été déterminées avant et après les travaux. Une modélisation de la structure a été faites basée sur les résultats des mesures de déflexion. / This PhD-study evaluates the impact of glass fibre grids, used to reinforced asphalt structures, on the bonding between two asphalt layers, the fatigue life and the stiffness modulus of reinforced cylindrical specimens as well as on the deflections measured on a reinforced in-situ road section. Shear tests (LEUTNER) as well as modulus-tests and fatigue-tests (ITT) were conducted on reinforced and unreinforced specimens, using different grids, different emulsions and different emulsion quantities. For this tests, an outdoor test-surface was constructed, from which the specimens were extracted. A in-situ road test section was also constructed, reinforced with 3 different grids and having two reference sections. The deflections of the road were determined before and after the construction works. A modelisation of the structure, based on the deflection measurements, was made.

Cette étude s’inscrit dans le projet ANR Blanc COPIN qui a pour but de développer et de comprendre les nanocomposites à partir de nanoparticules inorganiques mélangées à un polymère semi-cristallin. L’innovation du partenaire du projet, Imerys, a été de synthétiser des particules de talcs à l’échelle nanométrique. Le talc étant connu pour ces effets nucléants, l’objectif est d’utiliser ces nanoparticules pour voir leur influence sur un matériau semi-cristallin et plus spécifiquement sur la cristallisation de ce dernier lorsqu’elles sont orientées. Différents talcs synthétiques ont été étudiés changeant au niveau de leur durée de synthèse ou encore de leur modification de surface. Pour cela, la première partie de cette étude a été de disperser le talc en utilisant ou non des modifications chimiques de surface ainsi que des compatibilisants afin d’obtenir le meilleur état de dispersion et de distribution des particules. Ces continuums d’interactions ainsi créés montrent une nette amélioration de l’état de dispersion mais aussi l’amélioration des propriétés telles que la tenue en température. Les parties suivantes ont concernées plus spécifiquement la cristallisation en convoitant d’expliquer comment les nanoparticules peuvent s’orienter lors de l’écoulement tel que le cisaillement, comment elles génèrent une orientation cristalline spécifique du à leur effet nucléant, quel est le mécanisme prépondérant de la cristallisation entre la nucléation par l’orientation de macromolécules ou la nucléation provenant des nanoparticules. Il a aussi été question de déterminer les morphologies cristallines des nanocomposites lors du cisaillement / This study is part of the ANR Blanc COPIN which aim is to develop and understand the nanocomposites from inorganic nanoparticles mixed with a semi-crystalline polymer. The innovation of the project partner, Imerys, was to synthesized talc particles at the nanoscale. Talc is known for his nucleating effects and the goal is to use these nanoparticles to see their influence on a semi-crystalline material. Several synthetic talcs were employed differing from the synthesis time and chemical surface modifications. For this, the first part of this study was to disperse the talc using or not chemical modifications of surfaces as well as compatibilizers to obtained the best dispersion state and particles distribution. These continuums interaction created show a real improvement in the dispersion but also of properties such as heat resistance. The following parties concerned more specifically the crystallization trying to explain how nanoparticles can be oriented during shear flow, what is the leverage of these talcs on the crystallization when it was oriented, how they generate a specific crystal orientation coming from their nucleating effect, which is the predominant mechanism of crystallization nucleation between the macromolecules orientations or the nucleation of nanoparticles. It was also a question of determining the resulting crystal morphologies

Les copolymères à blocs s’auto-assemblent selon diverses morphologies nanostructurées. La morphologie initiale, composée de domaines localement ordonnés mais aléatoirement orientés, peut être modifiée (transition ordre-ordre) ou orientée par l’application d’un stimulus externe contrôlé tel qu’un champ électrique, magnétique ou de force. Nos travaux s’attachent à étudier les changements de structures de copolymères à blocs de type ABA durant et après l’application d’un cisaillement simple contrôlé à l’état fondu. Les copolymères étudiés sont : des polystyrène-bloc-polyisoprène-bloc-polystyrène contenant 14 %, 17 % et 22 % de styrène et un copolymère acrylique. Les premiers présentent une morphologie initiale cylindrique hexagonale (HEX) et possèdent une transition ordre-ordre vers la morphologie sphérique cubique centré (BCC) dont la température augmente avec le ratio styrène/isoprène. Le copolymère acrylique présente une morphologie lamellaire. Plusieurs techniques expérimentales permettant un suivi in-situ ont permis d’étudier les modifications de morphologies ainsi que les cinétiques qui leurs sont associées : couplage entre microscope optique à lumière polarisée et une platine de cisaillement, rhéomètrie, couplage diffusion des rayons X et platine de cisaillement. Dans le cas d’une morphologie HEX, l’application d’un cisaillement oscillatoire à forte déformation (LAOS) peut engendrer une orientation des cylindres selon la direction du cisaillement avec le plan (100) de l’hexagone parallèle au plan de cisaillement. Les conditions thermomécaniques que sont la température, la déformation et la fréquence de sollicitation se sont révélées être des paramètres clefs quant à la qualité de l’orientation finale. Des plages de conditions optimales ont été identifiées. La cinétique de cette orientation est également dépendante de ces paramètres. Pour une température donnée, le temps de structuration décroit en suivant une loi puissance lorsque la déformation ou la fréquence augmentent. En revanche, l’augmentation de la température rallonge le temps de structuration. Une étude d’échantillons post-mortem ayant subi divers traitements thermomécaniques a permis d’appréhender de possibles mécanismes d’orientation des cylindres. La sollicitation de matériaux présentant la transition ordre-ordre à proximité de leur TOOT a mis en évidence une augmentation de celle-ci par l’application d’un cisaillement. En ce qui concerne la morphologie lamellaire, en fonction des conditions de sollicitations, l’orientation des lamelles est soit perpendiculaire à la direction de cisaillement, soit parallèle à celle-ci mais perpendiculaire au plan de cisaillement. / Block-copolymers self-assemble into different nanostructured morphologies. Initial morphology, with locally anisotropic ordered domains, can be modified (order-order transition) or oriented through application of an external stimulus such as electrical, magnetic or mechanical field. Our work attempts to study the structural changes of ABA block copolymers during and after the application of a controlled shear in the molten state. The studied copolymer are: polystyrene-block-polyisoprene-block-polystyrene containing 14 %, 17% and 22 % of styrene and an acrylic copolymer. The formers show a hexagonally packed cylinder (HEX) morphology and an order-order transition to a body centered cubic (BCC) morphology at a temperature depending on the styrene/isoprene ratio. The acrylic copolymer shows a lamellar morphology. Several experimental techniques for in-situ monitoring were used to study morphological changes and the associated kinetics: rheology, coupling of polarized light optical microscopy and a shearing hot-stage and coupling between X-ray scattering and the shearing hot-stage. For a HEX initial morphology, applying a controlled large amplitude oscillatory shear (LAOS) can create an orientation of the cylinders in the shear direction with the (100) plane of the hexagon parallel to the shear plane. The thermomechanical conditions of temperature, strain and stress frequency were the key parameters of the final orientation quality and their optimal ranges were identified. The orientation kinetics is also dependent on those parameters. At a fixed temperature, the structuring time decreases following a power law when strain or stress frequency increase. Conversely, increasing the temperature also increases the structuring time. Post-mortem samples with different themomechanical history were studied to understand the orientation mechanisms of the cylinders. An increase of the TOOT of the materials under shear has been shown by shearing samples near the TOOT of quiescent state. Two possible orientations were highlighted for the lamellar morphology according to strain and stress conditions: perpendicular to the shear direction or parallel to the shear direction but, in both cases, perpendicular to the shear plane.

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.

Des observations d'événements passés sont utilisées afin de démontrer que la rupture progressive explique les étalements, de grands glissements survenant dans les argiles sensibles. Lors d'une rupture progressive, le comportement anti-écrouissage est utilisé afin de distribuer les contraintes dans le talus et explique qu'une faible perturbation initie une grande rupture. Il est illustré que dans le cas des étalements, l'instabilité est déclenchée près du pied de talus par un déchargement critique, généralement causé par érosion. La rupture progressive se propage quasi-horizontalement dans le talus et réduit la pression des terres, menant à la dislocation active du sol en horsts et grabens. La dislocation du talus fait donc suite à la propagation de la surface de rupture. Une méthode numérique est élaborée afin d'identifier les paramètres influençant la rupture progressive et de valider l'application du mécanisme aux étalements. Cette méthode comporte deux étapes : (i) évaluation des contraintes présentes initialement dans le talus et (ii) modélisation de la rupture progressive. H est démontré que les hautes pentes, fortement inclinées avec un coefficient de pression des terres au repos (Ko) élevé sont susceptibles à la rupture progressive et que celle-ci se propage sur une grande distance. La rupture est favorisée par un sol ayant une grande fragilité lors du cisaillement et une faible rigidité. Une faible résistance à grande déformation du sol favorise une grande distance de propagation. Les argiles de l'est du Canada présentant une forte sensibilité et une grande fragilité lors du cisaillement sont donc considérées comme susceptibles à la rupture progressive. La méthode est appliquée à l'étalement survenu à Sainte-Monique-de-Nicolet, en 1994, dans une argile silteuse sensible presque normalement consolidée. H est démontré que la contrainte de cisaillement initiale dans la pente était près de la résistance intacte du sol. La stabilité du talus était précaire. L'initiation et l'étendue de la rupture observée est expliquée par un sol ayant une grande fragilité lors du cisaillement et une résistance à grande déformation près de la résistance remaniée du sol. D est donc démontré numériquement que la rupture progressive explique l'initiation et l'étendue de la surface de rupture de cet étalement.