Le sujet de thèse concerne la maîtrise de la texturation de milieux granulaires par l'étude des dynamiques de structuration et de consolidation et l'application aux poudres céréalières réactives. La démarche s'appuie sur la confrontation d'approches scientifiques complémentaires (physique, physico-chimiques, génie des procédés et technologiques) pour étudier les dynamiques (i.e. évolutions cinétiques sous contraintes mécaniques) de structuration, de croissance, de rétraction et de consolidation. La méthodologie s'appuie sur la mise en œuvre d'une approche multi échelles. (i) À l'échelle des procédés, avec une approche technologique (basée sur une étude paramétrique avec des expérimentations à l'échelle pilote) et avec la construction d'un modèle de description des processus. (ii) À l'échelle des mécanismes pour étudier la génération de contacts (i.e. mécanismes de croissance) et la consolidation des interfaces (i.e. mécanismes de solubilisation & de séchage), avec des approches physico-chimiques expérimentales et le développement de modèles mécanistiques. (iii) À l'échelle de la structure : description de la microstructure interne (distribution de la compacité) et des caractéristiques texturales locales des structures formées. La thèse de doctorat prend en compte la réactivité des poudres pour la construction de modèles mécanistiques de croissance et de consolidation des milieux granulaires. Ces travaux trouvent des applications évidentes pour la filière céréales. / The PhD thesis subject concerns the control of the structures of granular matters, by the study of the dynamics of structuring and consolidation, and the application in reactive cereal powders. The approach leans on the confrontation of complementary scientific approaches (physical, physico-chemical, process engineering and technological) to study the dynamics (i.e. kinetic evolutions under mechanical stresses) of structuring, growth, shrinkage and consolidation. The experimental methodology is based on a multi-scales approach. (i) On the scale of the processes, with a technological approach (based on a parametric study with experiments using pilot scales equipments) and with the construction of a descriptive model of the reactions. (ii) On the scale of mechanisms, to study the generation of contacts (i.e. mechanisms of growth) and the consolidation of the interfaces (i.e. mechanisms of solubilization and drying), with experimental physico-chemical approaches and development of mechanistic models. (iii) On the scale of the structure, with the description of the intern microstructure (distribution of the compactness) and the measurement of local characteristics of the structures. The PhD thesis takes into account the reactivity of powders for the construction of mechanistic models to describe the growth and the consolidation mechanisms of the granular matter. These works find obvious applications for the cereal sector.

Nous étudions de manière expérimentale un cas d’interaction fluide/structure entre une fibre élastique et un milieu granulaire dense proche du jamming. Dans notre dispositif expérimental horinzontal, un milieu granulaire bidimensionnel, aléatoire et dense est en interaction avec une fibre élastique encastrée. L'extrémité encastrée de cette fibre est en translation par rapport aux grains tandis que son extrémité libre fait initialement face au flux de grains dans une géométrie de pénétration, avant de se défléchir par interaction avec les grains. Les paramètres de contrôle de notre système sont la compacité du milieu granulaire, la longueur et la rigidité de la fibre. Notre dispositif nous permet de mesurer la déformée de la fibre, les efforts que les grains exercent sur la fibre, notamment la force de traînée et de suivre les réorganisation du milieu granulaire. Sous certaines conditions expérimentales, nous avons observé que ce système présente plusieurs régimes d'évolution. A faible et à forte déflexions de la fibre, le système connaît une évolution stochastique, liée à la nature aléatoire du milieu granulaire : respectivement de petites fluctuations de la fibre autour de sa position d'équilibre et des événements brusques de balayage de la fibre en flexion associés à des avalanches granulaires. La transition entre ces deux régimes est associée à une brisure de symétrie qui affecte tant la fibre que le milieu granulaire. Dans une première partie, nous étudions comment la déflexion de la fibre est influencée par les paramètres de contrôle, en particulier par l'écart au jamming. Dans une seconde partie, nous montrons qu'une asymétrie de densité se développe dans le milieu granulaire lorsque la fibre est suffisamment défléchie. Dans une troisième partie, nous tentons de comprendre l'évolution des forces mesurées à l'aide de simulations numériques de l'Elastica sur une poutre sous chargement. Enfin, nous proposons un modèle de compaction des grains par la fibre qui est en bon accord avec l'évolution expérimentale du système. Une application de cette thèse est la compréhension des mécanismes de pénétration d'une racine ou d'une tige dans un sol granulaire. / We study experimentally a fluid/structure interaction between an elastic fiber and a dense granular medium near the jamming transition. In our horizontal setup, a bidimensionnal and dense random packing is interacting with a clamped elastic fiber. The clamped end of the fiber is in translation relative to the the grains while the free end faces initially the grain flux in a penetration geometry before being deflected by grain/fiber interactions. The control parameters of our system are the packing fraction of the medium, the length and the rigidity of the fiber. Our setup allows us to measure the deflected shape of the fiber, the forces exerted by the grains on the fiber (including the drag force) and to follow the reorganizations of the granular medium. Under some experimental conditions, we observed that this system exhibits several regimes of evolution. For low and large fiber deflections, the system evolves stochastically as a consequence of the random nature of the granular medium : respectively small fluctuations of the fiber around its equilibrium position and sudden events of unlozding of the fiber in flexion associated to granular avalanches. The transition between those two regimes is associated with a symmetry breaking that affects the granular medium as well as the fiber. In a first part, we study how the fiber deflection is influenced by the control parameters, particularly by the distance to jamming. In a second part, we show that a packing fraction asymmetry appears in the granular medium when the fiber is deflected enough. In a third part, we try to understand the evolution of the measured forces using numerical simulations of the Elastica on a constrained beam. Finally, we propose a model of compaction of the grains by the fiber that is in a good aggreement with the experimental evolution of the system. An application of this thesis is the understanding of the mechanisms involved in the penetration of a root or a beam in a granular soil.

Ce travail de thèse a pour objectif la reproduction et l'analyse du comportement invariant d'échelle, tel que l'on peut le trouver dans la nature et en particulier au niveau d'une faille tectonique. Pour cela, une expérience reproduisant la structure locale d'une faille par le cisaillement d'un milieu granulaire 2D a été montée et exploitée. L'utilisation de conditions aux limites périodiques dans cette expérience permet l'acquisition d'une statistique très riche, principal défaut des expériences présentes dans la littérature. Le suivi du système est effectué à la fois par des moyens optiques, mécaniques et acoustiques, ces derniers fournissant les informations les plus nombreuses et les plus précises. La dynamique a montré une invariance d'échelle compatible avec les lois statistiques existantes pour les tremblements de terre réels. Les corrélations entre les avalanches et entre les différents moyens de mesure sont analysées. Des expériences complémentaires ont été réalisées pour mieux comprendre les mécanismes à l'œuvre lors du déclenchement d'une avalanche et pendant son déroulement. La principale concerne la propagation d'une onde acoustique au sein d'un milieu granulaire, et a montré qu'une simple mesure de la vitesse de l'onde permet d'obtenir des informations sur la structure interne de l'empilement. L'utilisation d'un matériau photoélastique a permis, suite à une calibration adaptée, de sonder les forces locales au niveau des contacts entre grains et de voir l'évolution des réseaux de force dans le milieu au cours du cisaillement / The aim of this thesis is to reproduce and analyze the scale invariant behavior, as one can find in nature and in particular for a tectonic fault. Thus we set an experiment which reproduces the local structure of a fault thanks to a sheared 2D granular medium. The use of periodic boundaries in the experiment allows us to gain a very rich statistics, which was lacking in previous experiments presented in the literature. The system is monitored by three different methods: optical, mechanical and acoustics, which gives the most numerous and most precise informations. We observed scale invariant dynamics, consistent with statistical laws derived for real earthquakes. We also analyzed the correlations between avalanches and between the three monitoring methods. Additional experiments have been performed to better understand the mecanisms that take place at the triggering and during an avalanche. The main one focuses on sound wave propagation inside a granular pile, and we have shown that a mere velocity measure can give information about the internal structure of the pile. The use of a photoelastic material allows us (with appropriate calibration) to probe local forces at the edges and contacts of the grains and to see the evolution of force chains during the shear

Dans le cadre du projet ASTRID, le procédé de fabrication du combustible nucléaire par métallurgie des poudres, pour les RNR, est revisité dans le but d’être simplifié. En particulier, nous cherchons à supprimer l’étape de granulation mécanique de la poudre qui lui confère un bon comportement à l’écoulement. La problématique, est d’arriver à faire s’écouler spontanément et rapidement une poudre, à travers un orifice par lequel elle ne s’écoule pas naturellement. Par ailleurs, la poudre alterne entre des phases d’écoulement et de non-écoulement.Pour garantir l’écoulement de la poudre à travers le moule de presse, nous appliquons des vibrations horizontales. Les vibrations permettent de faire s’écouler la poudre et d’atteindre le débit requis par les cadences de fabrication. Toutefois, elles ont également le défaut, lors des phases de non-écoulement, de compacter la poudre et de retarder les futurs écoulements. Tout l’art du remplissage des moules de presse assisté par vibrations consiste à maîtriser le caractère ambivalent des vibrations.L’évolution singulière de la compacité des poudres d’actinides, lors de la phase de non écoulement, nous a amené à définir un modèle stochastique unidimensionnel de compaction. La confrontation des résultats de simulation, avec les lois empiriques de compaction, a permis d’identifier le sens physique des paramètres d’ajustement des lois empiriques. Nous avons aussi proposé une nouvelle loi d’évolution de la compacité à deux exponentielles étirées. Cette nouvelle loi rend compte, non seulement de la cinétique de compaction des poudres d’actinides mais également de l’ensemble des résultats que nous avons trouvé dans la littérature. / In the framework of the ASTRID project, the nuclear fuel production process by powder metallurgy, for Fast Neutron Reactors, is revisited in order to be simplified. In particular, we seek to remove the mechanical granulation step of the powder which gives a good flow behavior during the filling of press molds. The aim is to reach a spontaneous and quick powder flow through a hole in which the powder does not flow without external energy. Furthermore, the powder alternates between flow phases during the filling of press molds, and non-flow phases during the compaction and ejection of the pellet.We hence apply horizontal vibrations to ensure the flow of the powder through the press mold. The vibrations help the powder to flow and increase the production rates. However, they have the disadvantage to compact the powder and delay the future flows, during the non-flow phases. The art of filling the press mold assisted by vibrations is to master / control the ambivalent nature of the vibrations.The remarkable packing fraction evolution of actinides powders, during the non-flow phases, allows us to define a simple 1D stochastic model to understand the compaction kinetics. The comparison of the stochastic model with the empirical compaction laws found in the literature helps us to identify the physical meaning of fitting parameters proposed by the empirical models. Furthermore, we have also proposed a new compaction law with two-stretched exponentials. This new law not only reflects the compaction kinetics of actinides powders, but also of all the compaction data we found in the literature.

Lors de la mise en oeuvre du béton dans les coffrages ou lors du pompage du béton, une couche, appelée couche limite, constituée d’eau et de fines, se forme près de l’interface. Diverses études ont montré que le frottement à l’interface béton-paroi dépend essentiellement des propriétés rhéologiques de la couche limite, de sa composition et de la rugosité de la paroi. L’objectif principal de cette étude est de comprendre les phénomènes se produisant à l’interface à l’échelle des grains. Toutefois, compte tenu de la complexité de deux corps en contact : couche limite et paroi, le système étudié est simplifié. La complexité du matériau béton a ainsi été simplifiée, en considérant que ce milieu est constitué de grains sphériques monodisperses et sans cohésion. Par ailleurs, la rugosité de la paroi formée en réalité par des aspérités irrégulières, est représentée par des géométries simples. L’étude repose sur l’utilisation de deux modèles, un modèle analogique et un modèle numérique.L’approche analogique est constituée d’un dispositif expérimental monté sur le tribomètre. Le cisaillement s’effectue en déplaçant, une baguette crénelée placée sous un empilement de billes confiné par une masse. Trois baguettes représentant trois rugosités différentes sont utilisées. Les résultats expérimentaux montrent que les conditions à l’interface (vitesse, rugosité, pression) influent sur le frottement et sur les mécanismes à l’interface.L’approche numérique est basée sur la méthode des éléments distincts. La rugosité de la paroi est modélisée par un assemblage de sphères collées sur un plan mobile. Les résultats obtenus montrent une bonne concordance entre les approches numérique et expérimentale. De même, l’étude numérique réalisée en conditions périodiques et pour différentes rugosités montre que les conditions à l’interface influent sur le frottement et sur le comportement du milieu près de l’interface (profils de vitesses, épaisseur de la couche cisaillée, etc.). / When fresh concrete is placed into formworks or during concrete pumping, a layer, called boundary layer, consisting of water and fines, is formed at the interface. Various studies have shown that the friction between the concrete and the wall (form or pipe) is closely linked to the rheological properties of the boundary layer, its composition and the wall roughness. This study aims at understanding the wall-concrete interface phenomena at a grain scale. However, due to the complex nature of the two bodies in contact: boundary layer and wall, a simplified system has been considered. The concrete has been simplified by assuming that it consists of monodispersed spherical grains and without cohesion. Moreover, the irregular asperities of the wall roughness are represented by simple geometries. The study is based on the use of two models, an analog model and a numerical model.The analog approach consists of an experimental device fitted on the tribometer. The test consists in moving rough plates under stacks of confined monodispersed beads. The roughness of the plate is represented by crenels. Three plates representing different roughnesses are used. The experimental results show that the friction and the interface mechanisms are affected by the interface conditions (velocity, roughness, pressure).The numerical approach is based on the Discrete Element Method (DEM). The wall roughness is modeled by an assembly of spheres fixed on a moving plane. The results obtained by numerical simulations compared with those of the analog model show a good confrontation. As well, the numerical study carried out with periodic boundary conditions and for different roughnesses shows that the interface conditions affect the friction and the behavior of the medium near the interface (velocities profiles, thickness of the shear layer, etc.).

Le malaxage est une étape clé de la fabrication des bétons. Il consiste à distribuer de façon homogène et à mouiller tous les constituants présents dans le malaxeur. Ce travail de thèse a été réalisé en utilisant des matériaux modèles (billes de verre), des matériaux de référence présent dans la composition du béton (calcaire, ciment, sable) et différents liquides (eau, isopropanol, glycérol). Cette étude a permis d’identifier les leviers d'optimisation de l’opération de malaxage, et de clarifier la notion de bonne ou mauvaise malaxabilité d'un système granulaire. D’autre part, il a apporté des éléments de compréhension pour réduire la dépense énergétique et la durée du malaxage. Nous avons montré que le comportement du milieu granulaire en cours de malaxage (résistance au cisaillement, cinétique de mouillage, compacité), est très largement affecté par les propriétés du mélange et les caractéristiques du malaxeur, particulièrement lors de la transition “granulaire sec / granulaire humide”. Une étude (paramétrique) a permis de hiérarchiser ces grandeurs qui ont été classifiées parmi les propriétés individuelles des poudres (taille, forme), les propriétés collectives (empilement), les propriétés du liquide mouillant (viscosité, tension superficielle, présence d’un adjuvant), les propriétés d’interface liquide/solide (angle de contact), et les paramètres opératoires (mode d’addition du liquide). Deux niveaux d’analyse complémentaires ont été utilisés pour étudier l'impact de ces différents paramètres. Le régime dynamique (utilisation d’un malaxeur planétaire de laboratoire) a permis de caractériser le comportement du milieu granulaire malaxé grâce à la mesure de la dépense en intensité. Le régime quasi-statique (cellule annulaire de Schulze) a été utilisé afin de réaliser une approche du malaxage et des contraintes locales de façon simplifiée ( plan de cisaillement de surface connue et vitesse très faible). Ce système a permis de distinguer les parts frictionnelles et cohésives mises en jeu au cours du malaxage. Parallèlement, la porosité du lit granulaire a été mesurée en cours de malaxage. Cette porosité évolue avec la quantité de liquide additionnée, et conditionne en grande partie l’évolution de la résistance au malaxage. / Mixing is an important operation in the elaboration of concrete. It creates a homogeneous distribution of solids and liquid. This work was carried out with model materials (glass beads), reference materials present in the concrete composition (calcite, cement, sand) and different liquids (water, isopropanol, glycerol). This study allowed us to optimize the mixing operation, and to clarify the difference between good and bad mixing. Moreover, the study offered informations allowing to reduce the energy consumption and the mixing time. We showed that the granular medium behaviour during the mixing (shear resistance, wetting kinetic, compacity), is affected a lot by the granular medium properties and by the mixer parameters, particularly during the “dry granular medium / wet granular medium” transitional period. A systematic study allowed us to classify these parameters among the individual powders properties (size, shape), the collective properties (packing), the wetting liquid properties (viscosity, superficial tension, liquid with an adjuvant), the liquid/solid interface properties (contact angle), and the process parameters (liquid addition method). Two complementary analysis levels were used to study the influence of these different parameters. The dynamic regime (using of a laboratory planetary mixer) allowed us to characterise the granular medium behaviour during the mixing, using the intensity consumption measure. The quasi-static regime (Schulze annular shear cell) was used in order to achieve a simplified approach to the mixing and to the local stresses (shear plan with a known surface and low velocity). This system allowed us to distinguish the frictional and cohesive interactions that take place during the mixing. In addition, the porosity of the granular medium was measured during the mixing. This porosity changes with the added liquid amount, and is partially responsible of the shear resistance modifications.

Les Méthodes par Eléments Discrets apparaissent comme les méthodes les plus appropriées pour modéliser le caractère divisé. De nombreux travaux ont permis de mieux comprendre leurs comportements, mais dans certain cas se pose la question de l'impact du choix de la description volumique ou des lois d'interaction sur le comportement global du milieu. Dans ce contexte, en se basant sur l'approche "Non Smooth Contact Dynamic" permettant naturellement de mixer les différentes formulations, nous nous proposons de comprendre et d'analyser l'influence de cette description. Pour cela, nous utilisons deux applications différentes liées aux comportement quasi-statique (QS) des milieux granulaires et comportement dynamique des interfaces tribologiques. Au niveau de l'étude QS est faite en utilisant des essais de compression biaxiale et de cisaillement. Contrairement aux approches classiques, des particules déformables sont utilisées ici. Les résultats obtenus sont comparés en utilisant des outils de mesure tels que la relation contrainte-déformation, la compacité... Les résultats montrent qu'il n'est pas possible à partir d'une description rigide de converger vers des modèles déformables et souligne l'importance d'effectuer une analyse complète en tenant compte de la déformation des particules. Au niveau de la modélisation d'une interface tribologique s'intéresse à l'influence des conditions limites, des descriptions des premiers corps et du troisième corps sur la rhéologie de l'interface. Dans chaque simulation, frottement macroscopique, profils de vitesse et de contrainte sont observés. Les différents modèles utilisés ont peu d'influence sur la valeur du frottement mais plus d'influence sur les profils de vitesse au travers de l'épaisseur de troisième corps. Ceci souligne l'importante du choix du modèle lors de l'étude de la rhéologie de l'interface et montre qu'il est difficile d'obtenir des résultats génériques et ceci aussi bien en modèles bi que tridimensionnel. / The Discrete Element Methods are the most appropriate methods to model the divided feature of some media such as granular ones, masonries or contact interfaces... Many studies have provided a better understanding of their behavior, but in some cases the impact of both volume description (rigid or deformable) and interaction laws (elastic or plastic) is not negligible on the global behavior. The approach used here is based on the "Non Smooth Contact Dynamic" framework which mixes naturally the rigid and deformable formulations. One propose to analyze the influence of this description. For this purpose, two different applications are used, related to the quasi-static behavior of granular media and to the modelization of the tribological interface under dynamic solicitations.The study of quasi-static behavior of granular media is developed though biaxial compression test and shear test. Contrary to classical approaches, deformable particles are used. The results are compared using tools such as the stress-strain macroscopic relation, the compacity... They show that it is not possible to converge to deformable particle with a rigid description and underline the importance to performance full analyze with deformable description.The modeling of a tribological interface under dynamic solicitation focuses on the influence of boundary conditions, models of the first bodies and the third body on the rheology of the interface. In each simulation, the macroscopic friction, the velocity profile and stress profile are observed. The different models used have not a large influence on the friction value but a large influence on the velocity profiles. This underline the importance of the choice of the model when investigation are performed on the rheology of the third body.

La dynamique granulaire amenant à l'état critique présente un intérêt dans la compréhension de la déstabilisation menant à l'avalanche. Son étude permet d'avoir des pistes de compréhension sur des mécanismes plus complexes telles les catastrophes géophysiques (séismes, glissements de terrain, éboulements). Ainsi, lorsqu'un milieu granulaire tridimensionnel sous gravité est quasi-statiquement incliné, des précurseurs sont observés à partir d'une dizaine de degrés avant l'avalanche. Ces précurseurs correspondent à des réarrangements collectifs de grains observés à la surface qui apparaissent pseudo-périodiquement avec l'angle d'inclinaison. Cette thèse fournit une caractérisation expérimentale des précurseurs détectés à la surface par méthode optique et dans le volume par méthodes acoustiques (linéaire et non linéaire). Tout d'abord, de bonnes corrélations sont trouvées entre les réarrangements à la surface et dans le volume. Dans un second temps, l'étude est poursuivie avec une liste non exhaustive de paramètres influant sur les propriétés des précurseurs. L'état de surface des grains est crucial pour la dynamique des précurseurs. Puis, une tentative de description de la déstabilisation est réalisée avec notamment la mesure de la variation des paramètres élastiques. Les précurseurs d'avalanches correspondent à des pertes successives de rigidité du système, suivies du renforcement de ce dernier. / The granular dynamics leading to the avalanche is of interest in understanding the destabilization conducting to one. Its study implies a good train of throught in the understanding of more complex mechanisms such as geophysical disasters (earthquakes, landslides, rockslides). Thus, when a three-dimensional granular medium under gravity is quasi-statically tilted, precursors are observed from the tilt of ten degrees before the avalanche. These precursors correspond to collective rearrangements of grains observed on the free surface which appear pseudo-periodically with the angle of inclination. In order to understand this phenomenon, the thesis presents an experimental characterisation of the precursors detected on the surface by optical method and in the bulk by acoustic methods (linear and nonlinear). Firstly, good correlations were found between the surface and bulk rearrangements which led to extending the study with a non-exhaustive list of parameters affecting the precursors properties. The surface features of the grains have appeared to be particularly crucial in the precursors dynamics. Finally, an attempt at a description of the destabilization is approached with the measurement of the variation of the elastic parameters revealing that precursors of avalanches correspond to successive loss of rigidity of the system, followed by hardening of the latter.

La dynamique du déclenchement des avalanches dans un milieu granulaire lentement incliné passe par trois phases; (1) des petits réarrangements locaux et indépendants de grains (2) suivis de mouvements collectifs, successifs et quasi-périodiques, appelés 'précurseurs' (3) finissant par une avalanche. Cette dynamique peut dépendre de nombreux paramètres. Dans cette thèse, nous avons étudié, par des mesures optiques et acoustiques, la réponse du milieu granulaire soumis à une inclinaison lente de son container. Nous avons déterminé l'importance du choix de la puissance du signal acoustique sur nos mesures. Nous avons observé l'effet de l'état de surface des grains sur l'apparition des précurseurs et sur l'occurrence de l'avalanche. Nous avons réalisé des cycles d'inclinaison allant de -θ à +θ se terminant par une avalanche . Nous avons mis en évidence l'influence de l'angle du cycle θ sur les précurseurs et l'angle d'avalanche final. Nous avons aussi étudié des milieux granulaires soumis à des taux d'humidité comprises entre 40 et 96, par des mesures optiques surfaciques et latérales. Nous avons montré que les angles d'avalanche et l'apparition des premiers précurseurs dépendent de la taille des grains mais aussi de l'humidité. Cette dépendance est liée aux forces de cohésion qui sont relativement plus élevées à forte humidité et qui compensent la force de gravité pour des petits grains. Enfin, nous avons montré l'importance d'une diffusion homogène de l'humidité dans le milieu sur son comportement. L'impact de la mouillabilité des grains a été aussi abordé. / The dynamics of avalanche triggering in a slowly inclined granular medium passes through three phases; (1) small local and independent rearrangements of grains (2) followed by collective, successive and quasi-periodic movements, called 'precursors' (3) ending in an avalanche. This dynamic can depend on many parameters. In this thesis, we have studied, by optical and acoustic measurements, the response of the granular medium subjected to a slow inclination of its container. We determined the importance of choosing the power of the acoustic signal on our measurements. We observed the effect of the grain surface condition on the occurrence of precursors and the occurrence of the avalanche. We performed tilted cycles ranging from -θ to +θ ending in an avalanche. We have demonstrated the influence of the θ cycle angle on the precursors and the final avalanche angle. We have also studied granular media with moisture contents between 40 and 96%, by surface and lateral optical measurements. We have shown that the avalanche angles and the appearance of the first precursors depend on the grain size but also the humidity. This dependence is related to cohesive forces that are relatively higher at high humidity and that compensate for the force of gravity for small grains. Finally, we have shown the importance of a homogeneous diffusion of moisture in the environment on its behavior. The impact of grain wettability was also discussed.

Le travail présenté dans ce mémoire a pour objectif d'aboutir à une meilleure caractérisation expérimentale du comportement non drainé du sable d'Hostun à l'échelle locale, en relation avec les différentes méthodes de reconstitution utilisées. On vise en particulier à mettre en évidence la façon dont la microstructure influence les propriétés des sols granulaires, notamment vis-à-vis de l'instabilité de liquéfaction. Le point clé de ce travail consiste en l'utilisation de capteurs piézoélectriques pour mesurer les vitesses d'onde de cisaillement au sein d'éprouvettes triaxiales reconstituées par trois techniques différentes à savoir le damage humide, la pluviation à sec et la pluviation sous eau. Les résultats obtenus mettent en évidence l'influence considérable du mode de fabrication sur le comportement mécanique du sable. Ils montrent que pour une même densité initiale, et à même pression de confinement, le comportement mécanique observé est très différent selon les trois modes de préparation. Les valeurs de vitesses d'onde de cisaillement enregistrées sont différentes d'un mode de déposition à un autre. Concernant l'anisotropie, le matériau préparé par damage humide présente un certain degré d'anisotropie inhérente, qui est toutefois minimal. En revanche, la pluviation à sec et la pluviation sous eau induisent des structures initiales plus isotropes. / This work aims to achieve a better experimental characterization of the undrained behavior of the Hostun HN31 sand at the local scale, depending on the different procedures used for sample reconstitution. We particularly highlight the influence of the microstructure on the mechanical behavior of sand especially in relation to liquefaction instability. The key point of this work consists of the use of piezoelectric transducers to measure shear wave velocities within triaxial sand specimens. These specimens have been prepared by different methods, namely: moist tamping, dry pluviation and water pluviation. The obtained results highlight the considerable influence of the deposition mode on the mechanical behavior of sand. They show that for the same initial density, and at the same confining pressure, the mechanical behavior is very different from the three preparation methods. Furthermore, the values of shear wave velocity are different from one deposition mode to another. Concerning the anisotropy, the material prepared by moist tamping presents an inherent degree of anisotropy, which it is however minimal. On the other hand, dry pluviation and water pluviation induce more isotropic initial structures. Moreover, the initial anisotropy is less important than the anisotropy induced by loading. These experimental results indicate that the initial state of a granular medium can not be described by only couple of scalar variables of initial density and confining pressure: a variable that can reflect the initial microstructure and an evolution law of this variable are necessary to model the experimental observations.