Ce mémoire présente différentes contributions de la micromécanique à l'étude de la formulation des lois de transport et du couplage poromécanique dans les milieux poreux. On y aborde, en particulier, la problématique du gonflement d'origine physico-chimique susceptible de se développer dans les géomatériaux. La première partie est consacrée à la problématique de la modélisation micromécanique du transport. On s'intéresse, en premier lieu, au transport diffusif macroscopique à partir duquel on propose des estimations de la tortuosité en exploitant l'analogie avec les problèmes mécaniques usuels. On s'attache ensuite à estimer l'influence d'une microfissuration sur les propriétés du transport macroscopique. Finalement, on étudie la question du transport de la vapeur d'eau dans l'air pour lequel on montre que la prise en compte du gradient de pression du mélange gazeux dans l'expression du flux de masse macroscopique est essentielle. Après avoir exposé dans la deuxième partie la capacité de l'approche micromécanique à établir les équations d'état de la poroélasticité en intégrant le comportement des constituants à l'échelle microscopique, on s'intéresse dans les deux dernières parties de ce mémoire au couplage fluide/solide dans des situations où une interaction physico-chimique se superpose à l'interaction mécanique traitée classiquement. On s'intéresse tout d'abord à la modélisation micromécanique du gonflement osmotique de géomatériaux composés au moins en partie d'argile. Elle aboutit à la décomposition de l'élasticité macroscopique en deux contributions respectivement de nature mécanique et physico-chimique. Une validation expérimentale est proposée dans le cadre de l'étude du gonflement osmotique d'argilites en phase transitoire. Enfin, le phénomène de l'alcali-réaction et ses conséquences sur le comportement macroscopique d'un béton est abordé dans le cadre du gonflement libre. L'accent a été mis sur le rôle de la fraction volumique et de la morphologie du domaine envahi par le gel.

Le transport des composants chimiques dans le sol par l'eau est une cause principale de la pollution du sol. Ce transport a lieu autour des remblais et de la zone de stockage du déchet nucléaire, des rejets et des pertes de mine, etc. Un grand nombre de ces sites est non saturé de l'eau et dans certains cas la chaleur peut changer le destin des espèces chimiques, qui nous mènent à un problème couplé dans le milieu multiphasique. Dans ce mémoire, les simulations numériques avec un modèle thermo-hydro-mécanique existant et les modélisations théoriques et les simulations numériques du transport et les interactions d'une espèce chimique dans les milieux multiphasiques sont présentées. Les formulations THM intégrées dans le Code_Aster sont présentés. L'excavation, la mise en place de barrière ouvragée et le chargement thermique de puits de stockage des déchets nucléaires sont modélisés. La vérification du modèle est presentée à travers de ces simulations numériques. Une modélisation théorique du comportement thermo-hydro-mécanique couplée aux phénomènes chimiques est ensuite présentée dans le cadre d'une approche entièrement couplée dans laquelle l'eau, le gaz, l'espèce chimique et le squelette de sol ont été considérés comme constituants; les inconnues correspondantes sont la température, la pression de l'eau, la pression de gaz, la concentration chimique et les déplacements. Pour chaque constituant, l'équation de bilan de masse et la loi de comportement appropriée sont écrites et résolues simultanément. Les résultats de ce modèle ont été comparés à des résultats théoriques et expérimentaux existant dans la littérature. Les résultats de quelques applications du modèle sont également présentées. Enfin, quelques perspectives de recherche sont proposées. En particulier, il y a un besoin d'effectuer des expériences pour obtenir les paramètres nécessaires du sol pour permettre de modéliser plus précisément le transport de la chaleur et du soluté dans les sols non saturés et déformables.