Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2009. / Titre de l'écran-titre (visionné le 24 juillet 2009). Bibliogr.

Les modèles de comportement phénoménologiques développés pour les sols peinent à traduire la complexité du comportement des matériaux granulaires, essentiellement du fait de leur nature discrète. Il est usuel d’avoir recours aux analyses multi-échelle, afin de proposer des comportements macroscopiques prenant finement en compte les propriétés locales du milieu. La question de l’échelle locale a été largement étudiée et il ressort qu’une méso-échelle, définie au niveau d’arrangements locaux de particules, semble plus appropriée que l’échelle du contact entre particules pour comprendre la texture et le comportement de ce type de milieux. Dans ce cadre, ce travail de thèse se propose d’étudier la faisabilité de la définition d’une loi de comportement pour les matériaux granulaires par changement d’échelle mésoscopique-macroscopique. Un échantillon granulaire est analysé par simulation DEM (Méthode aux Eléments Discrets) d’un essai biaxial de charge et de décharge. A l’échelle mésoscopique, le milieu granulaire est subdivisé en méso-domaines dont la texture est caractérisée par deux variables : degré d’allongement et orientation par rapport à la direction de compression. Les méso-domaines ayant des caractéristiques de texture communes sont regroupés en six phases, afin de mieux discriminer leur comportement. Les variables locales sont définies : méso-texture, méso-contrainte et méso-déformation, et leurs évolutions sont analysées. Les simulations montrent que le matériau s’appuie sur les phases orientées dans la direction de compression, d’autant plus qu’elles sont allongées, pour supporter la sollicitation. Ces dernières sont capables de développer une forte dilatance et une forte anisotropie, leur permettant de récupérer une forte valeur de rapport de contraintes. A contrario les phases allongées et perpendiculaires à la direction de compression constituent des maillons faibles pour le système. Sur la base des résultats DEM, un processus de changement d’échelles -dont l’ingrédient est l’évolution des pourcentages volumiques des phases au cours de l’essai- a permis de retrouver le comportement macroscopique. Un modèle élasto-plastique à élasticité linéaire, mécanisme plastique déviatoire et écrouissage cinématique a été proposé pour modéliser le comportement de chaque phase à l’échelle mésoscopique. L’essai de charge a permis d’identifier les 8 paramètres du modèle. L’essai de décharge a permis la validation du modèle proposé. Similairement, un modèle à un paramètre est proposé, et validé, pour l’évolution du pourcentage volumique de chaque phase. Sur la base de ces modélisations, le comportement macroscopique de l’échantillon a pu être retrouvé par changement d’échelle mésoscopique-macroscopique. Cette étude ouvre la voie à la définition d’un nouveau type de modèle de comportement des matériaux granulaires basé sur l’existence de phases à l’échelle mésoscopique. / Most of the developed constitutive models for granular materials cannot capture the complexity of their behavior, due to the discrete nature of the material. The use of a multi-scale approach may help to address this issue by taking account local properties in a more precise way. It seems that the so-called meso-scale defined at the level of a cluster of particles is the relevant scale to have a better insight into the influence of the texture on the behavior of the material. In this framework, the work involved herein studies the feasibility of the definition of a constitutive law for granular materials by means of a meso-macro change of scale. A sample made of particles has been analysed using the Discrete Element Method (DEM). At the mesoscopic scale, the material is divided into meso-domains characterized by two variables: their elongation ratio and their orientation with respect to the compression direction. The meso-domains who share the same characteristics of texture define a phase. Then, six phases were defined. Some local variables such as the meso-texture, the meso-stress and the meso-strain were defined and their evolution analyzed. The simulations show that the material relies all the more on the phases oriented in the direction of compression to bear the loading as the phase holds very elongated domains. Indeed, these latter are able to develop a strong dilatancy and a strong anisotropy to withstand high stress ratios. Conversely, the phases oriented perpendicular to the direction of compression play a minor role in the global behavior of the material. On the basis of the DEM results, a change of scale process (whose key element is the volumetric percentage of a phase in the material) allowed to retrieve the global behavior of the material. An elastic-plastic model with a linear elasticity, a plastic deviatoric mechanism with a kinematic hardening was proposed to model the behavior of each phase at the mesoscopic scale. The eight parameters of the model are identified based on numerical results obtained for a loading path. The unloading path of the numerical test allowed to validate the proposed constitutive model. Similarly, a model is proposed and validated for the evolution of the volumetric percentage of each phase at the mesoscopic scale. Based on these models, the macroscopic behavior of the sample could have been derived with a mesoscopic-macroscopic change of scale technique. This study paves the way to the definition of a new class of constitutive models for granular materials, based on the existence of phases at the mesoscopic scale.

Le contrôle du compactage des matériaux granulaires est essentiel en génie civil, en particulier dans les projets de routes et de fondations, où un compactage inadéquat peut entraîner une détérioration prématurée et une défaillance de l'infrastructure. Il est également nécessaire de rechercher des alternatives au contrôle du compactage qui utilisent des matériaux radioactifs, comme le nucléodensimètre, afin de réduire l'impact sur l'environnement et la santé. En réponse à ces besoins, l'objectif de cette étude est d'étudier l'application du pénétromètre dynamique léger à énergie variable PANDA® dans le contrôle du compactage des matériaux granulaires MG-20, en le comparant au déflectomètre LWD portable et au nucléodensimètre, afin de déterminer si le PANDA® est fiable et précis dans le contexte du contrôle du compactage. L'étalonnage en laboratoire a permis de développer des courbes de contrôle et des équations de corrélation pour le PANDA® et le LWD, qui ont été utilisées dans les essais sur le terrain. Les résultats obtenus ont permis d'évaluer la fiabilité et la précision du PANDA® et du LWD par rapport au nucléodensimètre, offrant ainsi des alternatives viables pour le contrôle du compactage dans diverses applications de génie civil. / Compaction control of granular materials is essential in civil engineering, especially in road and foundation projects, where inadequate compaction can lead to premature deterioration and infrastructure failure. It is also necessary to search for alternatives in compaction control using radioactive materials, such as the nucleodensimeter, to reduce the environmental and health impact. In response to these needs, the objective of this study is to study the application of the PANDA® variable energy light dynamic penetrometer in the compaction control of MG-20 granular materials, comparing it with the LWD portable deflectometer and the nucleodensimeter, to determine if the PANDA® is reliable and accurate in the context of compaction control. Laboratory calibration allowed the development of control curves and correlation equations for PANDA® and LWD, which were used in field tests. The results obtained allowed to evaluate the reliability and accuracy of PANDA® and LWD in comparison with the nucleodensimeter, offering viable alternatives for compaction control in various civil engineering applications.

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L’amélioration des techniques de caractérisation (EBSD, MET, AFM) permet actuellement une meilleure compréhension des mécanismes plastiques intra-granulaires pour des poly-cristallin déformé. Les observations expérimentales montrent que les processus de plastification sont fortement hétérogènes et intermittent à l’intérieur des grains. Les modèles micromécaniques à champs moyens développés ces dernières décennies ne considèrent pas proprement les hétérogénéités intra-granulaires du glissement plastique. Or il est aujourd’hui démontré (simulations de Dynamique des Dislocations Discrètes par exemple) que la prise en compte de l’auto-organisation des dislocations à l’intérieur des grains est fondamentale pour mieux comprendre et expliquer les effets de taille de grains sur le comportement mécanique des polycristaux. Dans cette étude, deux approches complémentaires ont été développées : Une approche théorique qui consiste aux calculs des champs élastiques (contrainte interne et rotation de réseau) dus à une distribution discrète de boucles de dislocations contraintes par le joint de grains, et une approche expérimentale dont le but est de caractériser quantitativement les longueurs caractéristiques (espacements inter-bandes, et niveau de plasticification dans les bandes) pour des polycristaux à plusieurs tailles de grains se déformant plastiquement et de mesurer les rotations de réseau locales associées (mesure EBSD de désorientation de réseau cristallin) en vue de les comparer au champs de rotations élastiques calculés par le modèle. Le modèle a également été étendu pour permettre l’étude à des microstructures plus complexes, comme par exemple, les cellules de dislocations / The improvement of the materials characterization techniques in the last years has given access to new important information about the microstructure of polycrystalline metals. From experimental studies of deformed polycrystals, plastic strain within grains is known to be strongly heterogeneous and intermittent. As a consequence of the collective motion of dislocations, sample surfaces are indeed characterized by the presence of slip lines and slip bands (as slip traces). In the present study, a new micromechanical approach is developed to derive the mechanical fields (stresses, distortion, lattice curvature, elastic energy) arising from the presence of an inelastic strain field representing a typical internal "microstructure" as the one observed during the plastification of metallic polycrystals. This "microstructure" is due to the formation of discrete (spatial-temporal) intra-granular plastic slip heterogeneities which are modelled using discrete distributions of circular glide dislocation loops for a grain embedded in an infinite elastic matrix. Then, field equations have been solved using the method of Fourier Transforms. In contrast with the mean field approach based on the Eshelby formalism, it is then found that stress and lattice curvature fields are not more uniform inside the grain. A grain boundary layer actually appears where strong gradients occur and whose thickness depends on the introduced internal lengths. These results are compared with experimental measurements of local lattice rotation fields obtained by orientation imaging mapping (OIM). The model is able to capture different behaviours between near grain boundary regions and grain interior. The model was also develop to allow the study of more complex microstructures like the dislocation cells

Thèse doctorat : Génie Civil : Villeurbanne, INSA : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr., 8 p.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Energétique et Génie des procédés : Toulouse, INPT : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 113 réf.

Thèse doctorat : Génie Civil. Mécanique des sols : Villeurbanne, INSA : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 263-274.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. [69]-74. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Thèse de doctorat--Sciences de la terre--Rennes 1, 2003. / Bibliogr. p. 244-258.