Thèse (M.Sc.T.)--Université du Québec à Chicoutimi, 1996. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Thèse (D.R.M.)--Université du Québec à Chicoutimi, 1999. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Mémoire (M.Sc.T.)--Unviversité du Québec à Chicoutimi, 2001. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Thèse (M.Sc.T.) -- Université du Québec à Chicoutimi, 2004. / Bibliogr.: f. 151-161. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Thèse--Sc. nat.--Dijon, 1973. / Bibliogr. p. 364-377.

Th. doct.--Phys. et chim. de la terre--Montpellier 2, 1997. / En appendice, choix de textes en anglais. Bibliogr. p. 169-172. Résumé en français et en anglais.

Th. doct.--Sci. de la terre--Paris 6, 1998. / Bibliogr. f. 259-271. Résumé en français et en anglais. 1999 d'après la déclaration de dépôt légal.

Lorsqu'ils sont exposés à l'eau de pluie et au dioxyde de carbone, les résidus miniers de l'exploitation du chrysotile capturent le CO2 grâce à une réaction de minéralisation du carbone. Ce phénomène a largement été étudié en laboratoire mais demeure mal compris à l'échelle d'une halde de stériles. Deux forages ont été réalisés au centre d'une halde à résidus miniers de Thetford Mines (Qc, Canada) dans le but de documenter la distribution spatiale de la réaction de carbonatation et d'identier sa signature pétrophysique. Les propriétés physiques des résidus miniers ont été évaluées à partir d'échantillons de la carotte de forage. An d'identier la signature pétrophysique des zones favorables à la carbonatation minérale, des diagraphies de géoradar, résistivité électrique et susceptibilité magnétique ont été réalisées. L'altération liée à la minéralisation du carbone n'est pas uniforme dans la halde, étant donné les variations de perméabilité à l'air et à l'eau. Des chemins d'écoulement préférentiels à l'air facilitent la carbonatation en profondeur en augmentant la quantité de CO2 qui entre dans la halde. Une hausse de résistivité électrique accompagnée d'une baisse de susceptibilité magnétique peuvent servir d'indicateur des zones aux conditions favorables pour la réaction de minéralisation du carbone. En effet, les carbonates qui sont résistifs précipitent entre les résidus de manière à les cimenter. La croissance des carbonates limite également la présence d'eau dans l'espace poreux ce qui contribue à l'augmentation de la résistivité électrique. La baisse de la susceptibilité magnétique, quant à elle, est attribuable à la destruction partielle de la magnétite pendant le processus de carbonatation et de météorisation. Le fer libéré lors de l'altération de la magnétite et de la serpentine est accumulé à la surface des grains et alimente la formation de goethite. Le degré d'altération de la magnétite est un indicateur du niveau de météorisation in-situ des résidus. Ces résultats sont la première étape pour suivre le progrès de la réaction de carbonatation dans le temps et pour quantier le volume de CO2 séquestré dans une pile de résidus miniers. / When exposed to rainwater and carbon dioxide, magnesium rich mining wastes spontaneuously capture CO2 through carbon mineralization. Extensively studied in the laboratory, this reaction is still ill-understood at the scale of industrial mining waste pile. In order to document the spatial distribution of carbon mineralization and identify its petrophysical signature, two holes were drilled at the center of a tailings pile in Thetford Mines, Qc, Canada. The physical properties of the mining residues were evaluated from drill core samples. The petrophysical signature of zones favorable for carbon mineralization was investigated using electrical resistivity, magnetic susceptibility and borehole radar data. These data showed that the variations of air and water permeability cause alterations that are related to carbon mineralization not being uniform throughout mining wastes. Preferential air-ow can enhance carbonation at depth by increasing the amount of CO2 that reaches the interior of the waste pile. The growth of carbonates which are resistive isolate the grains and restrict water ingress and contributes to the observed increases in electrical resistivity. The decrease in magnetic susceptibility during carbonation is attributed to the partial destruction of magnetite. The iron released during the alteration of magnetite and serpentine is accumulated on the grain surface and feeds the formation of goethite. The level of destruction of the magnetite provides insights into the level of alteration caused by in-situ weathering of the mining wastes. Therefore, an increase in electrical resistivity accompanied by a decrease in magnetic susceptibility can serve as an indicator for zones with favorable conditions for the carbon mineralization reactions. These results represent the rst step towards quantifying the volume of CO2 captured in these mining residues and track the progress of the reaction with time.

Avec l’augmentation de la pression de confinement, le comportement mécanique des calcairespasse d’un comportement fragile à un comportement ductile. Le régime fragile estcaractérisé par une compaction élastique suivie d’une dilatance macroscopique due à despropagations de fissures. Lorsque les fissures coalescent, la rupturemacroscopique est reliéeà une chute de contrainte. Le régime ductile est caractérisé par une compaction élastiquesuivie d’une déformation macroscopique diffuse. La déformation est accommodée par uneplasticité intracristalline (dislocations, macles) et/ou une fracturation des grains. L’objectif decette thèse est d’examiner expérimentalement les paramètres influant sur le comportementmécanique des calcaires de porosité intermédiaire et de modéliser ce comportement. Lesexpériences ont été réalisées sur le calcaire de Tavel (porosité de 14.7%). / The mechanical behaviour of limestones is brittle at low confining pressure and becomesductile with the increase of the confining pressure. The brittle behaviour is characterisedby a macroscopic dilatancy due to crack propagation, leading to a stress drop when crackscoalesce at failure. The ductile behaviour is characterised by a a diffuse deformation due tointra-crystalline plasticity (dislocation movements and twinning) and microcracking. The aimof this work is to examine the influence of temperature, pore fluid, strain rate, and time onthe mechanical behaviour. Triaxial deformation experiments were performed on white Tavellimestone (porosity 14.7%). The macroscopic behaviour is then modelled.Constant strain rate triaxial deformation experiments and stress-stepping creep experimentswere performed. Elastic wave velocities were inverted in term of axial crack densities. Themechanical behaviour is brittle for constant strain rate deformation experiments performed atPc · 55 MPa. In this case, inelastic deformation is due to cracks propagation. For Pc ¸ 70 MPa,elastic compaction is followed by an inelastic compaction. Porosity collapse is due to intracrystallineplasticity and micro-cracking. After some inelastic compaction, volumetric strainturns to dilatancy because crack nucleate at dislocation pile-ups and their contribution to thestrain becomes predominant compared to plastic pore collapse. In the brittle regime, watersaturationdecreases the differential stress at the onset of crack propagation and enhancesmacroscopic dilatancy. Temperature decreases the confining pressure at the brittle-semibrittle(ductile) transition. A model describing the macroscopic behaviour is derived from (1) a crackpropagation law, (2) a plasticity law for a porous medium, and (3) a law for nucleation of newscracks due to local dislocation pile-ups. The model predicts the volumetric strain, the stresstensor, and the evolution of damage, as a function of applied deformation. Theoretical resultsare in good agreement with experimental observations.

Cette thèse aborde le problème de la rupture localisée dans les roches, qui caractérise un grand nombre d'applications dans le domaine du génie civil, tels que la rupture du barrage, effondrement des fondations, la stabilité des excavations ou les tunnels, les glissements de terrain et les éboulements. Le risque de rupture localisée devrait être mieux appréhendé pour mieux l'éviter. La rupture localisée dans les roches est généralement caractérisée par une une rupture soudaine et quasi-fragile sans avertissement sous forme de grandes déformations et visibles avant la rupture elle-même. Cela se produit également sous l'influence des hétérogénéités matériels, des fissures existantes et d'autres défauts initiaux.Les trois nouveaux modèles numériques, intégrant les mécanismes de ruptures localisées, l'hétérogénéité de la roche et des fissures existantes et d'autres défauts, sont présentés dans cette thèse. Le premier modèle propose une représentation en 2D de roche composite à deux phases, où la phase solide représente la roche intacte et la faible phase indique les défauts initiaux. Le deuxième modèle représente l'extension du modèle précédent vers un espace 3D, où est considéré un ensemble complet de mécanismes de ruptures en 3D. Les propriétés hétérogènes sont considérées ici par une distribution aléatoire en accord avec la variation statistique de Gausse. Ce modèle est également utilisé pour l'analyse de la roche intacte par spécimens possédant des écarts de formes géométriques qui influencent la résistance à la compression uni-axiale. Le troisième modèle est un modèle en 2D, traitant l’interaction volumétrique entre un fluide et la structure sous l’influence de l’écoulement du fluide à travers le milieu de la roche poreuse.L'approche des lattices discrètes est choisie pour construire un cadre général pour les trois modèles, où les cellules de Voronoï représentent les grains de roche tenus ensemble par les poutres de Timoshenko comme des liens de cohésion. La cinématique améliorée est caractérisée par l'approche intégrée des discontinuités comme un supplément à la cinématique standard de liens cohérents. Cela sert pour la propagation de la macro fissure dans tous les modes de ruptures et de leurs combinaisons, entre les grains de la roche. La formation de la zone du processus de rupture suivie par des microfissures coalescentes, précédant la rupture localisée, est aussi considérée dans les modèles. L’écoulement du fluide est régi par la loi de Darcy, tandis que les conditions de couplage obéissent à la théorie de poroélasticité de Biot.Les résultats des modèles numériques ont été vérifiés par des exemples de la littérature dans le cas des modèles en 2D. Le modèle en 3D a été validé suite aux résultats expérimentaux effectués sur 90 échantillons de roches, où sont considérées de légères déviations géométriques des spécimens.La présentation de ces modèles, ainsi que leurs aspects de mise en œuvre sont présentés en détail. L’approche avec une discontinuité intrinsèque et le caractère local des améliorations nécessaires à la simulation des discontinuités de déplacement orientent vers la condensation statique des degrés de liberté améliorés sont efficacement intégrés dans l’architecture des éléments finis. / This thesis deals with the problem of localized failure in rocks, which occurs often in civil engineering practice like in dam failure, foundation collapse, stability of excavaations, slopes and tunnels, landslides and rock falls. The risk of localized failure should be better understood in order to be prevented. The localized failure in rocks is usually characterized by a sudden and brittle failure without warning in a sense of larger and visible deformations prior to failure. This happens also under the strong influence of material heterogeneities, preexisting cracks and other defects.The three novel numerical models, incorporating the localized failure mechanisms, heterogeneity of rock and preexisting cracks and other defects, are presented in this thesis. First model deals with 2D plane strain two-phase rock composite, where stronger phase represents the intact rock and weaker phase initial defects. Second model represents the extension of the previous model towards the 3D space, where full set of 3D failure mechanisms is considered. Heterogeneous properties are taken here through the random distribution and Gauss statistical variation of material properties. The latter model is also used for the analysis of intact rock core specimens geometrical shape deviations influencing the uni-axial compressive strength. Third model is a 2D, dealing with volumetric fluid-structure interaction and localized failure under the influence of fluid flow throughthe porous rock medium.The discrete beam lattice approach is chosen for general framework for three models, where Voronoi cells represent the rock grains kept together by Timoshenko beams as cohesive links. The enhanced kinematics characterized for embedded discontinuity approach is added upon standard kinematics of cohesive links. This serves for the macro crack propagation in all failure modes and their combinations, between the rock grains. The fracture process zone formation followed by micro-cracks coalescence, preceding the localized failure, is considered as well. Fluid flow is governed by a Darcy law, while coupling conditions obey Biot's theory of poroplasticity. The results of the numerical models were verified by the benchmarks available from literature in 2D case. The 3D model was validated against the experimental results conducted on 90 rock specimens, where even slight geometrical deviations of specimens are considered.Presentation of these models, as well as their implementation aspects are given in full detail. Embedded discontinuity concept and the local nature of enhancements required to capture the displacement discontinuities leads to the very efficient approach with static condensation of enhanced degrees of freedom and technique that can be efficiently incorporated into finite element code architecture.