Les ouvrages type merlons, construits pour se prémunir contre les chutes de blocs rocheux, sont dimensionnés en pratique au moyen de méthodes empiriques. Afin d'optimiser la géométrie de ces constructions leur modélisation a été entreprise. La méthode aux éléments discrets est utilisée en raison des fortes restructurations du remblai constitutif pouvant intervenir durant un impact. A partir d'un état de l'art, les caractéristiques mécaniques du remblai sont évaluées. La calibration des paramètres quasi-statiques du matériau modèle est alors réalisée par simulations d'essais triaxiaux. Les paramètres gérant le comportement dynamique sont calibrés à leur tour par simulations d'impacts à énergies modérées. Le remblai modèle obtenu est validé par la modélisation d'essais d'impacts expérimentaux dont la gamme d'énergies correspond à celle rencontrée pour les merlons. Il est alors utilisé pour simuler des impacts sur merlons. Plusieurs tailles d'ouvrages sont étudiées, répondant chacune à des gammes d'énergies différentes. Une analyse paramétrique portant sur divers aspects du bloc et de l'ouvrage est réalisée. Elle permet de définir les variables principales gérant le phénomène d'impact. La variation couplée de ces dernières est réalisée afin d'établir leur influence sur la capacité du merlon à contenir le bloc.

Le bruit dû aux infrastructures de transports terrestres fait partie des premières préoccupations environnementales de ce début de 21e siècle. Un moyen utilisé pour réduire ce bruit est de placer des protections acoustiques le long des grands axes routiers et ferroviaires. Actuellement, les choix de ces protections antibruit se portent généralement sur des solutions traditionnelles : écran droit, merlon, écran incliné, écran avec un couronnement. Le but de ce travail est de proposer des protections acoustiques innovantes utilisant des moyens naturels et d'en étudier la performance acoustique en utilisant des approches numériques et expérimentales. L'approche numérique peut être couplée en outre à un outil d'optimisation, développé dans cette thèse, pour chercher des formes améliorées de tels dispositifs antibruit novateurs. Après une présentation des principaux phénomènes mis en jeu dans la propagation des ondes acoustiques en milieu extérieur complexe, un état de l'art des principaux écrans acoustiques dédiés aux transports terrestres a été établi, permettant de choisir trois protections antibruit innovantes pour en étudier la performance acoustique. Une analyse des principales méthodes de simulation numérique, de mesure et d'optimisation des protections antibruit a permis de choisir les méthodes adaptées à notre problématique des écrans acoustiques utilisant des moyens naturels. Les méthodes choisies ont été utilisées dans ce travail pour évaluer la performance acoustique de ces écrans innovants. Pour le premier écran choisi, dit écran en gabions, nous avons effectué des mesures in-situ et sur modèles réduits, ainsi que des simulations numériques montrant une efficacité satisfaisante. Pour le deuxième écran, utilisant des cristaux soniques, et pour le troisième écran, de type merlon acoustique de forme complexe, nous avons réalisé une étude numérique paramétrique suivie d'une étude d'optimisation. Les résultats des calculs ont montré l'intérêt de tels dispositifs antibruit pour réduire le bruit de circulation routière et ferroviaire en milieu urbain et ils ont abouti à des formes améliorées des protections acoustiques utilisant des moyens naturels.

Ce travail de thèse s'intéresse au comportement mécanique des merlons pare-blocs à technologie cellulaire. Ces ouvrages de génie civil sont construits en surélévation et placés sur la trajectoire potentielle des blocs rocheux, en amont des zones à protéger. Le caractère cellulaire est offert par l'utilisation de gabions (géocellule) alliant une enveloppe grillagée et un matériau de remplissage granulaire de type pierres concassées, mélange de sable et de déchiquetas de pneus ou encore ballast. L'absence de méthodes de dimensionnement relatives à ce type de structure a conduit à la création du projet de recherche ANR REMPARe alliant expérimentations et modélisations numériques multi-échelles. Dans le cadre de ce projet et dans la continuité des précédents travaux, deux dispositifs expérimentaux ont été développés, l'un permettant d'étudier le comportement d'une structure à échelle réduite constituée d'un assemblage de cellules, l'autre permettant d'étudier le comportement de merlons à échelle réelle. Il apparait que le comportement des structures est conditionné par les matériaux mis en œuvre et par les conditions aux limites. L'efficacité des structures est évaluée à travers leur capacité à dissiper l'énergie d'impact en concentrant les dégradations au parement et en réduisant les déformations et les contraintes transmises à la partie arrière. Les résultats des expérimentations fournissent une base données pour le calage et la validation de modèles numérique développés en parallèle. Le retour d'expérience permet d'élaborer des prescriptions pour la construction, le suivi et la maintenance de ces ouvrages.

Ce travail de thèse s'intéresse au comportement mécanique des merlons pare-blocs à technologie cellulaire. Ces ouvrages de génie civil sont construits en surélévation et placés sur la trajectoire potentielle des blocs rocheux, en amont des zones à protéger. Le caractère cellulaire est offert par l'utilisation de gabions (géocellule) alliant une enveloppe grillagée et un matériau de remplissage granulaire de type pierres concassées, mélange de sable et de déchiquetas de pneus ou encore ballast. L'absence de méthodes de dimensionnement relatives à ce type de structure a conduit à la création du projet de recherche ANR REMPARe alliant expérimentations et modélisations numériques multi-échelles. Dans le cadre de ce projet et dans la continuité des précédents travaux, deux dispositifs expérimentaux ont été développés, l'un permettant d'étudier le comportement d'une structure à échelle réduite constituée d'un assemblage de cellules, l'autre permettant d'étudier le comportement de merlons à échelle réelle. Il apparait que le comportement des structures est conditionné par les matériaux mis en œuvre et par les conditions aux limites. L'efficacité des structures est évaluée à travers leur capacité à dissiper l'énergie d'impact en concentrant les dégradations au parement et en réduisant les déformations et les contraintes transmises à la partie arrière. Les résultats des expérimentations fournissent une base données pour le calage et la validation de modèles numérique développés en parallèle. Le retour d'expérience permet d'élaborer des prescriptions pour la construction, le suivi et la maintenance de ces ouvrages. / This study focuses on the mechanical behavior of cellular rockfall protection structures. These engineering structures are constructed in elevation and placed on the potential trajectory of falling boulders, upslope areas to be protected. The cellular character is provided by the use of gabions (geocell) combining a mesh and different types of granular filling materials : crushed stones, mixture of sand and shredded tires or ballast. The lack of design methods for this type of structure has led to the creation of the research project ANR REMPARe, combining multi-scale experiments and numerical modeling. As part of this project and in the following of previous works, two experimental devices were developed, one to study the behavior of a small-scale structure consisting of an assembly of cells, the other to study the behavior of full-scale structures. It appears that the behavior of structures is conditioned by the materials used and the boundary conditions. The effectiveness of the structures is assessed through their ability to dissipate the impact energy by concentrating the damage in the front part and reducing the stresses and strains transmitted to the back part. The experimental results provide a database for calibration and validation of numerical models developed in parallel. The feedback allows to establish requirements for construction, monitoring and maintenance of these structures.

Le bruit dû aux infrastructures de transports terrestres fait partie des premières préoccupations environnementales de ce début de 21e siècle. Un moyen utilisé pour réduire ce bruit est de placer des protections acoustiques le long des grands axes routiers et ferroviaires. Actuellement, les choix de ces protections antibruit se portent généralement sur des solutions traditionnelles : écran droit, merlon, écran incliné, écran avec un couronnement. Le but de ce travail est de proposer des protections acoustiques innovantes utilisant des moyens naturels et d’en étudier la performance acoustique en utilisant des approches numériques et expérimentales. L’approche numérique peut être couplée en outre à un outil d’optimisation, développé dans cette thèse, pour chercher des formes améliorées de tels dispositifs antibruit novateurs. Après une présentation des principaux phénomènes mis en jeu dans la propagation des ondes acoustiques en milieu extérieur complexe, un état de l’art des principaux écrans acoustiques dédiés aux transports terrestres a été établi, permettant de choisir trois protections antibruit innovantes pour en étudier la performance acoustique. Une analyse des principales méthodes de simulation numérique, de mesure et d’optimisation des protections antibruit a permis de choisir les méthodes adaptées à notre problématique des écrans acoustiques utilisant des moyens naturels. Les méthodes choisies ont été utilisées dans ce travail pour évaluer la performance acoustique de ces écrans innovants. Pour le premier écran choisi, dit écran en gabions, nous avons effectué des mesures in-situ et sur modèles réduits, ainsi que des simulations numériques montrant une efficacité satisfaisante. Pour le deuxième écran, utilisant des cristaux soniques, et pour le troisième écran, de type merlon acoustique de forme complexe, nous avons réalisé une étude numérique paramétrique suivie d’une étude d’optimisation. Les résultats des calculs ont montré l’intérêt de tels dispositifs antibruit pour réduire le bruit de circulation routière et ferroviaire en milieu urbain et ils ont abouti à des formes améliorées des protections acoustiques utilisant des moyens naturels. / Noise due to ground transportation infrastructures is among the first environmental concerns of this beginning of 21th century. Building noise protections along motorways and railways is usually the chosen solution to reduce this noise. Currently, noise abatement systems used are mainly conventional ones: straight barriers, earth berms, tilted barriers, capped barriers. The purpose of this work is to propose innovative noise barriers using natural means and to study their acoustic performance by using numerical and experimental approaches. The numerical approach can also be coupled with an optimization tool, developed in this thesis, to obtain improved shapes of such devices using natural means. First, the main phenomena that appear during acoustic wave propagation in a complex outdoor medium are described. Then, a state of the art of the main noise barriers dedicated to ground transportation noise is achieved. It drives the choice of three innovative noise barriers using natural means. An analysis of the main numerical, experimental and optimization methods is carried out which allows to choose the methods adapted to our problem of noise barriers using natural means. The chosen methods are used in this work to assess the acoustic performance of the three innovative noise barriers. For the first chosen noise barrier called “gabions barrier”, we perform in-situ and scale model measurements and numerical simulations. The results show a satisfactory efficiency of such noise devices. For the second and the third chosen noise barriers called respectively “sonic crystal assisted barrier” and “complex shaped earth berm”, we perform a parametric numerical and an optimization studies. The results show the capacity of such noise devices to reduce motorways and railways noises in urban areas and they lead to improved shapes of innovative noise barriers using natural means.