A partir des études concernant l'étude géologique et géotechnique su sous-sol de Grenoble, ce travail concerne le stockage des données géotechniques et la géologie régionale .Le remblaiement alluvial est plus particuliérement traité.

I.e projet d'aménagement du cours supé rieur de l' Atbara a pour objectif la mise en valeur des terres de la région d'Es Showak, au confluent des rivières Atbara et Setit, afin d'assurer le développement économique de cette région du Centre-Est du Soudan. En effet, la construction d'un ouvrage hydraulique important en amont du confluent permet, en bénéficiant de conditions topographiques favorables, l'irrigation des terres fertiles (Cotton-soil) à l'aval d'Es Showak et les nouveaux périmètres ainsi créés s'étendront jusqu'aux périmètres déjà existants de Khas hm El Girba . L'ouvrage hydraulique prévu est constitué par deux barrages (Rumela sur l'Atba a, Burdana sur la Setit) (1) reliés par une digue centrale. L'objet de ma mission sur le terrain (Octobre 73 - Juin 74) concernait la cartographie de ces sites de barrage, la recherche de matériaux de construction et la surveillance des travaux de reconnaissance. Par ailleurs, cette région n'avait jamais fait l'objet d'une étude détaillée. C'est pourquoi, une fois les levés géologiques nécessaires au projet (sites, zones d'emprunt) terminés, et tout en continuant à superviser l'évolution des investigations, j'ai entrepris d'étudier la géologie de ce secteur . Cependant, avant d'entrer dans le détail de la géologie régionale et de celle du projet, abordées dans la deuxième partie de ce mémoire,il m' a semblé nécessaire de rappeler très succinctement, dans la première partie les grands traits géographiques et géologiques du Soudan?

Ce travail concerne le phénomène "lave torrentielle" en recherchant les conditions de l'initiation et en en étudiant les mécanismes dans plusieurs bassins torrentiels des Alpes françaises. L'occurrence des laves torrentielles résulte de la conjonction de multiples facteurs de prédisposition,en rapport avec la climatologie, la géologie, la géomorphologie et l'hydrogéologie, le facteur déclenchant étant le plus souvent l'eau apportée par de violents orages. L'étude de nombreux dépôts de laves torrentielles de provenance variée a permis de déterminer l' existence de deux familles de laves torrentielles, les laves granulaires et les laves cohésives, dont la distinction est basée sur plusieurs critères granulométriques définis sur le sol écrêté à 20 mm. Les caractéristiques granulométriques et géotechniques des matériaux prélevés dans les zones d'initiation sont semblables à celles des dépôts de laves torrentielles, ce qui signifie que le tri granulométrique entre les zones sources et les zones de dépôts est très faible. Les mécanismes d'initiation ont alors été identifiés et décrits en tenant compte du contexte environnemental. lis sont multiples et nous en avons établi une typologie. La connaissance de ces mécanismes et l'identification de critères géotechniques propres aux matériaux des zones d'initiation des laves torrentielles a servi de base à l'élaboration de cartes " d'aptitude à l'initiation des laves torrentielles ". En fonction des mécanismes d'initiation et des volumes disponibles dans ces zones d'initiation potentielle, nous avons défini différents scénarios d'événements "laves torrentielles " , tenant compte des dégâts susceptibles d'être causés sur les cônes de déjection.

Cette étude aborde : - le cadre géographique et géologique - la cartographie géotechnique - synthèse des résultats et - les propriétés géotechniques des sols. Elle concerne le moyen Grésivaudan soit l'espace entre Crolles et Le touvet ( Isère).

La plupart des essais géotechniques in situ ne permettent pas d'identifier directement les paramètres constitutifs des couches de sol. L'utilisation de calculs par éléments finis pour dimensionner les ouvrages est ainsi limitée par une mauvaise connaissance des propriétés mécaniques des sols. C'est dans ce contexte que se pose la problématique d'analyse inverse en géotechnique : quelles informations concernant les paramètres constitutifs du sol est-il possible d'obtenir à partir de mesures in situ ? <br />L'objectif de ce travail est de développer une méthode d'analyse inverse permettant d'identifier l'ensemble des paramètres constitutifs d'un sol à partir de mesures géotechniques in situ. La procédure est basée sur un processus d'optimisation par algorithme génétique. L'ensemble des solutions identifiées sont ensuite décrites mathématiquement par une étude statistique de type analyse en composantes principales. Cette étude montre que ce type d'optimisation par algorithme génétique permet d'estimer différentes solutions approchées pour les problèmes inverses de géotechnique. Si toutes les solutions d'un problème ne sont pas identifiées directement par l'algorithme génétique, leur exploitation par une analyse en composantes principales permet d'estimer l'ensemble des solutions du problème inverse. Cette méthode est développée sur des exemples d'ouvrages de soutènement et d'essais pressiométriques.

Le traitement des sols à la chaux est une technique ancienne et efficace dans les travaux de génie civil. Dans l'objectif du « zéro emprunt/zéro déchet » dans les travaux de terrassement routier, cette étude démontre que quelles que soient la plasticité et la médiocrité des propriétés hydromécaniques des sols argileux, le traitement à la chaux s'avère efficace. Les résultats expérimentaux concernant un sol argileux extrêmement plastique et gonflant montrent que les propriétés géotechniques s'améliorent avec le traitement à la chaux : le gonflement est éliminé, la plasticité réduite fortement et la résistance mécanique augmentée. Le suivi du processus physico-chimique de la réaction chaux–argile a permis de déterminer les quantités de chaux nécessaires aux changements instantanés ou/et durables du comportement hydromécanique des sols argileux traités. L'échange cationique poursuivi par la réaction pouzzolanique induisent dans les sols traités des modifications minéralogiques, texturales et structurales. Des hydrates calciques nouveaux sont formés grâce à la consommation de la chaux et des argiles. Ces hydrates tapissent les bords des particules argileuses et constituent une couche qui enrobent et assurent le lien entre les particules. Ces changements sont ainsi à l'origine des améliorations des propriétés géotechniques des sols traités. Les travaux de recherche réalisés démontrent que le processus et la cinétique des réactions chaux– argile dépendent du cation échangeable, de la quantité de chaux disponible, de la température de maturation et de la structure de l'argile : smectite, illite ou kaolinite. / Lime treatment techniques have largely been developed across the word mainly in civil engineering works. The context of sustainable development implies to improve the rate of reuse of clay soils in the earthworks. This study demonstrates that whatever the plasticity and poor hydromechanical properties of clay soils, the lime treatment is effective. Experimental results on highly plastic clay soil show that all geotechnical properties progress with the lime treatment: the swelling is eliminated, the plasticity is reduced greatly and the strength increases. Monitoring the physicochemical lime-clay reaction allowe to determine the quantities of lime required for short term and/or long term changes in the hydromechanical behaviour of treated clay soils. The cation exchange pursued by the pozzolanic reactions induced mineralogical, textural and structural changes in the treated soil. New hydrates are formed through the consumption of lime and clay. These hydrates contour the edges of clay particles and formed a layer which coat and provide the link between particles. These changes are well behind improvements in geotechnical properties of treated soil. The research conducted in this thesis shows that the process and the kinetics of lime-clay reactions depend on the exchangeable cation, the amount of lime available, to the curing temperature and the structure of the clay smectite, illite and kaolinite.

Le comportement mécanique des sols granulaires est un élément important à prendre en compte dans l'ingénierie géotechnique. Les approches de modélisation actuelles pour le comportement des sols granulaires utilisent des relations constitutives phénoménologiques basées sur la mécanique classique du continuum. Ce problème peut être contourné en utilisant des relations constitutives multi-échelles basées sur les principes thermodynamiques avec variables internes. En utilisant une approche multi-échelle, cette thèse tente de construire des relations constitutives multi-échelles qui tiennent compte de la microstructure des sols granulaires et les mettre en oeuvre pour résoudre des problèmes géotechniques à la fois en petites et grandes déformations. La thèse vise à: 1) construire une relation constitutive multiéchelle pour les sols granulaires secs à partir d'un cadre thermodynamique qui nécessite moins d'hypothèses ad hoc; 2) étendre les formulations thermomécaniques multi-échelles aux sols granulaires partiellement saturés pour lesquels un modèle micromécanique est formulé; 3) implémenter le modèle en utilisant un algorithme d'intégration implicite dans un code aux éléments finis; 4) appliquer le modèle pour analyser l'instabilité des sols granulaires dans les cas de ruptures localisées et diffuses; et 5) démontrer la capacité de l'approche multi-échelle à résoudre certains problèmes géotechniques typiques en mettant en oeuvre le modèle dans un code aux éléments finis explicite. L'approche multi-échelle proposée aboutit à un outil de simulation qui fournit des informations précieuses sur les problèmes d'ingénierie depuis l'échelle des grains jusqu’à l’échelle de la structure. / The mechanical behaviour of granular soils is an important aspect in geotechnical engineering. Current modelling approaches for the behaviour of granular soils employ phenomenological constitutive relations based upon classical continuum mechanics. This problem can be circumvented by using multiscale constitutive relations based on thermodynamic principles with internal variables. Using a multiscale approach, this thesis attempts to construct multiscale constitutive relations that account for the microstructure of granular soilsand to demonstrate their capabilities in solving geotechnical problems at both small and large deformations. The thesis aims to: 1) construct a multiscale constitutive relation for dry granular soils based on a thermodynamic framework which requires fewer ad hoc assumptions; 2) extend the multiscale thermomechanical formulations for partially saturated granularsoils for which a micromechanical model is formulated; 3)implement the model using an implicit integration algorithm in a finite element code; 4) apply the model to analyse the instability of granular soils for both localised and diffuse failures; and 5) demonstrate the capability of the multiscale approach in solving some typical geotechnical problems by implementing the model in an explicit finite element code. The proposed multiscale approach offers a simulation tool that provides valuable insights into engineering problems from the grain to the structure scale.

Le travail de recherche présenté dans ce mémoire se situe dans le domaine de la géomécanique. Il a pour but l'étude du comportement différé des sols mous en confrontant les résultats obtenus par modélisation numérique aux expérimentations et observations sur site. Dans une première partie, l'état actuel des recherches concernant les principales actions menées sur l'interprétation du fluage (consolidation secondaire), dans le but d'estimer les déformations différées d'ouvrages. Cette présentation donne un aperçu historique de ce phénomène et les différentes méthodes proposées pour l'utilisation des résultats du fluage pour la construction en géotechnique. Dans une seconde partie, l'étude se penchera sur les essais au pressiomètre, ainsi que les essais au Diflupress. L.D, essai pressiométrique de longue durée développé pour l'étude in-situ du fluage. L'objectif de cette partie est de rappeler la complexité de la notion de module de déformation, notamment en fonction de l'amplitude des déformations. Dans une troisième partie, on présente les modèles de comportement, employés dans les simulations numériques. Puis, les modèles HSM (Hard Soil Model) et SSM (Soft Soil Model) dans le code Plaxis sont décrits avant de détailler le modèle SSCM (Soft Soil Creep Model) qui sera utilisé dans la suite de cette étude. Ce modèle est validé sur différents types d'ouvrages et différents sols fins. Dans une quatrième partie, nous présentons la simulation de l'essai pressiométrique, et nous étudions la dépendance du module pressiométrique ‘EM' et la pression limite ‘pl' en fonction de: des différents paramètres intrinsèques du sol (module de Young E ou de cisaillement G, coefficient de Poisson ν, angle de frottement φ, angle de dilatance Ψ, C cohésion, coefficient de terre au repos K0...), des caractéristiques géométriques de la sonde (diamètre, hauteur). Dans une cinquième partie, nous présentons la validation du modèle SSCM sur des essais homogènes de laboratoire (triaxial et oedomètre), et nous analysons le comportement de deux ouvrages en remblai et d'un grand radier.

L'utilisation intensive du sous-sol urbain et l'évolution des règlements rendent nécessaire de développer de nouveaux outils pour calculer les déplacements induits par un ouvrage au cours de sa construction et lors de sa mise en service. Les performances des méthodes de calcul actuelles restent largement insuffisantes, parce qu'elles ont été développées principalement pour l'analyse des ouvrages vis-à-vis de la rupture, de sorte que le comportement des sols aux faibles niveaux de déformation n'est pas représenté de manière réaliste. Le module de cisaillement des sols varie très fortement entre le domaine des très petites déformations et celui des déformations qui se produisent au voisinage des ouvrages géotechniques lors de leur construction. L'expérience montre qu'on ne parvient pas à estimer correctement les déplacements des ouvrages sans prendre en compte ces variations. A partir d'une étude bibliographique sur les modèles de comportement élastoplastiques à élasticité non linéaire, on a choisi un modèle de comportement comportant peu de paramètres mais susceptible d'améliorer substantiellement les résultats des calculs en déplacement des ouvrages géotechniques. Il s'agit d'une version légèrement modifiée du modèle de comportement proposé par Fahey et Carter (1993) couplée à un critère de plasticité de Mohr-Coulomb. La principale caractéristique du modèle de Fahey et Carter réside dans le fait que le module de cisaillement augmente avec la contrainte moyenne et diminue avec la contrainte de cisaillement. Le modèle retenu a été implanté dans le code de calcul par éléments finis CESAR-LCPC et l'identification de ses paramètres à partir des essais classiques de mécaniques des sols constitue une préoccupation importante de ce travail. Le modèle a été testé en modélisant un certain nombre d'ouvrages réels pour lesquels on dispose à la fois de données de sol et de mesures de déplacements et d'efforts suffisantes. Les premiers exemples de mise en oeuvre du modèle confirment l'intérêt d'utiliser une loi de comportement plus complexe pour reproduire le comportement réel des ouvrages. Le travail réalisé constitue aussi une contribution à l'amélioration des fonctionnalités de CESAR-LCPC.

La variabilité spatiale des formations géologiques rend difficile la détermination des paramètres géotechniques nécessaires pour l'évaluation des aléas naturels (sismiques et gravitaires). Les méthodes d'imagerie géophysique, non-destructives et rapides, sont de plus en plus utilisées pour la reconnaissance de telles structures hétérogènes. Une campagne d'essais géophysiques et géotechniques a été réalisée dans la plaine alluviale de Beyrouth (Liban), ville soumise à un fort risque sismique, en vue de caractériser la variabilité des couches alluviales. Les résultats combinés ont permis de caractériser la structure 3D du site et de détecter la présence d'une couche d'argile molle, peu profonde et d'épaisseur variable. Cette couche de faible compacité, qui a rendu complexe l'interprétation des courbes de dispersion des ondes de surface, a une influence importante sur la réponse sismique du site. Les incertitudes reliées à la variabilité spatiale des propriétés géotechnique (N60) et géophysiques (Vs, ρ) ont pu être quantifiées au sein des couches rencontrées et les fonctions de distribution de ces paramètres ont été déterminées dans chaque couche à partir de ces essais, à la fois verticalement et horizontalement. Les valeurs de distance d'autocorrélation verticale (Vs, N60) et horizontale (ρ) obtenues ainsi que les valeurs de coefficient de variation se situent dans la gamme de valeurs trouvées dans la littérature. La réponse dynamique (amplification spectrale) de la plaine alluviale de Beyrouth a été simulée avec des modèles probabilistes unidimensionnels, et l'effet des trois paramètres statistiques (loi d'autocorrélation, distance d'autocorrélation et coefficient de variation) décrivant les variabilités des propriétés élastiques du sol (Vs) a été quantifié. Pour obtenir des réponses sismiques réalistes, un critère de sélection des profils Vs générés de façon probabiliste a été introduit afin de ne retenir que les profils compatibles (dans une gamme d'incertitude) avec la courbe de dispersion établie. Les modélisations probabilistes ont montré des différences significatives par rapport aux modélisations déterministes. Le principal paramètre probabiliste contrôlant l'amplification spectrale est le coefficient de variation, suivi de la distance d'autocorrélation, alors que le type de loi a peu d'influence. Enfin, nous avons vu que l'activité humaine peut avoir une influence significative sur l'application des méthodes géophysiques en site urbain. La compréhension d'un milieu complexe dans ce contexte nécessite de combiner toutes les méthodes géotechniques et géophysiques d'investigation afin d'obtenir un modèle robuste 2D/3D de la structure du sol / The spatial variability of geological formations makes it difficult to determine the geotechnical parameters necessary for the evaluation of natural hazards (seismic and gravity). The geophysical imaging methods, non-destructive and fast, are now increasingly used for heterogeneous structures of sub-surface recognition. Geophysical and geotechnical tests were carried out in the alluvial plain of Beirut (Lebanon), city with high seismic risk, to characterize the variability in the alluvial layers. Analyses of these tests were used to characterize the 3D structure of the site and to detect the presence of a shallow soft clay layer of variable thickness. This layer of low compactness, which made the interpretation of dispersion curves of surface waves complex, could be of prime importance for seismic response of the site. Using all the collected data, the uncertainties related to the spatial variability of geotechnical (N60) and geophysical (Vs, ρ) properties of soil were quantified in the layers encountered and the distribution functions of these parameters were determined in each layer, in both directions (vertical and horizontal). The autocorrelation distance in the vertical (Vs, N60) and horizontal (ρ) directions and the coefficient of variation are within the range of values founded in the literature. The dynamic response (spectral amplification) of the alluvial plain of Beirut was modeled by one dimensional probabilistic model and we quantified the effect of the three statistical parameters (autocorrelation function, autocorrelation distance and coefficient of variation) describing the elastic variability properties of soil (Vs). To obtain realistic seismic responses, we proposed a probabilistic (Vs) profile selection criteria in order to retain only compatible profiles (in a range of uncertainty) with the obtained dispersion curve. Probabilistic modeling showed significant differences from the deterministic modeling. It appeared that the main factor controlling probabilistic spectral amplification is the coefficient of variation (COVVs) followed by the autocorrelation distance, while the type of autocorrelation function has little influence. Finally, Human activity was also found to have a significant influence on the application of geophysical prospecting at this urban site. This case illustrates the need of combining investigation methods in order to understand the geophysical measurements in a complex medium and to reach a robust 2D/3D model.