Cette étude porte sur une modélisation micromécanique du comportement poromécanique des roches poreuses quasi-fragiles endommagées par une distribution de microfissures. Le cadre général retenu est celui de l'approche par changement d'échelles dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles. Les propriétés mécaniques effectives sont déterminées par une technique d'homogénéisation linéaire en se basant sur la solution du problème d’inclusion d'Eshelby. Le glissement frottant le long des surfaces de microfissures fermées est considéré comme un processus de dissipation irréversible et responsable de l'évolution de l'endommagement. Un critère de frottement de type Coulomb est utilisé et un critère d'endommagement basé sur le taux de restauration d'énergie est proposé. La deuxième partie du mémoire vise à étendre la modélisation micromécanique à la description du couplage poromécanique des roches saturées. L'influence de la pression du fluide sur le glissement est prise en compte en introduisant une notion de contrainte effective au niveau microscopique. Nous démontrons que le glissement frottant peut engendrer une dilatance volumique conduisant à une réduction de la pression du fluide. Les résultats numériques sont comparés aux données expérimentales dans les essais drainés et non drainés en compression triaxiale. La dernière partie de cette thèse porte sur la modélisation hydromécanique des fractures rocheuses sous contrainte normale. Des études expérimentales et des modélisations numériques sont effectuées. Un coefficient de Biot généralisé, fonction de l'ouverture de fractures, est introduit pour décrire le comportement poromécanique couplé. / This study concerns a micromechanics-based modeling of poromechanical behaviors of quasi-brittle porous rocks. The general framework adopted is that of up-scaling technique combined with irreversible thermodynamics. We first determine the effective property of quasi brittle rocks weakened by microcracks via the rigorous Eshelby-based homogenization method. The frictional sliding along surfaces of closed microcracks is interpreted as an irreversible dissipation process and responsible for the induced damage. An elastoplastic damage model is formulated with the inelastic strain inherently coupled with damage evolution. A Coulomb-type friction criterion serving as plastic yielding function and a strain energy release rate based damage criterion are proposed. The second part aims at extending the micromechanical modeling to poromechanical behavior of saturated porous rocks. The influence of fluid pressure is taken into account in the friction criterion through the concept of local effective stress. It is also manifested that the frictional sliding between crack surfaces generates volumetric dilatancy and causes reduction in fluid pressure. Applications of the proposed model to typical brittle rocks are presented and compared with experimental data in both drained and undrained triaxial tests. The last part of this dissertation deals with the hydromechanical modeling of single fracture subject to normal stress. Both experimental studies and theoretical modeling are carried out. The generalized Biot coefficient, in the form of a function of the fracture displacement, is introduced to describe the coupled behavior between fracture deformation and pore fluid pressure.

Ce travail de thèse est consacré à l'étude du comportement poro-élastique linéaire et non linéaire des matériaux et géomatériaux poreux (notamment les calcaires oolithiques et le minerai de fer) par approche de changement d'échelle. A partir des observations microstructurales de ces matériaux, un modèle conceptuel a été proposé. Les roches poreuses étudiées sont constituées par un assemblage de grains (oolithes), à forte fraction volumique, cimentés par une matrice. La porosité, supposée connectée, est présente dans les oolithes (inter-oolithique) et dans la matrice (intra-oolithique). Un modèle d'homogénéisation à deux étapes est développé dans le cadre du modèle des sphères composites. L'importance des effets de liaison d'interface sur les propriétés poro-élastiques des sphères composites est étudiée en déterminant la solution exacte du modèle aux conditions d'interfaces parfaite ou/et imparfaite. Le modèle est tout d'abord appliqué pour estimer les propriétés effectives poro-élastiques linéaires des roches étudiées. Le comportement non linéaire de ces roches est étudié en attribuant à la matrice un comportement élastoplastique et en développant un comportement non linéaire pour les interfaces (oolithes - matrice). La comparaison entre résultats issus de la modélisation et ceux expérimentaux macroscopiques montre l'importance cruciale de la zone interfaciale de transition / This work is devoted to the modelling of the linear and non-linear hydro-mechanical behaviour of porous rocks (such as oolitic limestone, iron ore) by the multiscale modelling approach. Based on microstructure observations, a conceptual model was proposed. Porous rocks studied are constituted by an assemblage of grains (oolites), with high volume fraction, coated by a matrix. The overall porosity is supposed connected and decomposed into oolite porosity and matrix porosity. A two step homogenization method has been developed in the framework of CSA models (Composite Sphere Assemblage). The effect of interfacial bonding condition on poroelastic properties of composite sphere is investigated by determining the exact solution of the model in the case of perfect or/and imperfect interface. Micromechanical model is applied firstly to estimation of effective linear poroelastic properties of rocks studied. Their non-linear behaviour is studied by considering a elasto-plastic behavior for both the matrix and the interfaces (oolite-matrix). The comparison between numerical simulations and macroscopic experimental results underlined the crucial role of the interfacial transition zone

Le présent travail est consacré à l'étude du comportement thermo-hydro-mécanique linéaire et non linéaire des roches poreuses de type argilites par approche de changement d'échelle. A partir des observations microstructurales de ces matériaux, un modèle conceptuel a été proposé. Dans ce modèle, le volume élémentaire représentatif du milieu hétérogène est composé d'une phase matricielle argileuse contenant des inclusions sphériques de minéraux de quartz et de calcite et des inclusions ellipsoïdales aplaties représentant l'espace poreux. Dans un premier temps, le procédé de la modélisation a été exploité par la détermination des propriétés effectives isotropes et isotrope transverses des argilites : la conductivité thermique et les propriétés thermo-hydro-mécanique croisées. En outre, de nombreuses études numériques ont mis en évidence l'influence de la morphologie de l'espace poreux, de la minéralogie et des schémas d'estimation sur les résultats prédictifs. Dans un deuxième temps, nous avons modélisé le comportement mécanique non linéaire (élasto-plastique, élasto-viscoplastique) des roches argileuses. La comparaison entre les simulations numériques et les résultats expérimentaux disponibles (essai de compression triaxiale, essai de fluage) a confirmé la validation du modèle développé / The present work deals with the linear and non-linear thermo-hydro-mechanical behaviour of porous rocks such as the argillite by the multiscale modelling approach. Based on microstructure observations, a conceptual model was proposed. In this model, the representative elementary volume of a heterogeneous medium is composed of an argillaceous matrix containing spherical inclusions of minerals quartz and calcite and ellipsoidal inclusions representing the pore space. In a first step, the process of modelling has been exploited by determining the isotropic and transversely isotropic effective properties of the argillite: thermal conductivity and thermo-hydro-mechanical properties. Furthermore, many numerical studies have highlighted the influence of the morphology of the pore space, of the mineralogy and of the estimate schemes to the predictive results. In a second step, we modelled the non linear mechanical behaviour (elasto-plastic, elasto-viscoplastic) of argillaceous rocks. The comparison between numerical simulations and available experimental results (triaxial compression test, creep test) confirmed the validation of the model developed