La méthode des éléments discrets est utilisée pour étudier deux types d'intéraction dans les matériaux granulaires pour deux applications différentes.La première application introduit un couplage hydromécanique pour étudier le comportement des matériaux granulaires partiellement saturés. Un modèle numérique en régime pendulaire pour les grains sphériques permettant la détermination des aires interfaciales et tenant compte de la rugosité des grains est développé. Sur cette base, l'énergie libre des interfaces est définie, et sa variation se trouve à équilibrer le travail mécanique exercée par le pont liquide sur les particules d'un système à deux grains conformément à la première loi de la thermodynamique. Le modèle permet de détecter l'evolution de l'énergie libre dans les systèmes granulaires deformés et simulés avec la méthode des éléments discrets. Des simulations sur des assemblages réguliers et aléatoires sont présentés pour discuter le concept de la contrainte effective et vérifier si l'expression Love-Weber de contrainte moyennée décrit bien le comportement des matériaux granulaires partiellement saturés pour différentes configurations et aspects mécaniques. Bien souvent censé jouer le rôle de la contrainte effective dans les systèmes multiphasiques, la contrainte moyennée de Love-Weber n'est valable que pour des assemblages réguliers en régime élastique. En cas d'assemblages aléatoires, elle ne compare pas toujours avec les variations de l'énérgie libre élastique. Au pic pour la résistance au cisaillement, Love-Weber vérifie une enveloppe de rupture Mohr-Coulomb unique pour les assemblages avec une granulometrie uniforme; elle peut alors être défini comme une possible formulation de contrainte effective micromécanique dans ce cas. Il est cependant montré que cette hypothèse n'est pas valable pour toutes les configurations de granulometrie possibles.Le modèle pendulaire est couplé avec le modèle funiculaire de Yuan et. al. (2015), ce qui permet la simulation d'un drainage complet. Les résultats montrent que l'addition des ménisques a un impact important sur le comportement mécanique des sols non saturés .La deuxième application incarne les interactions des grains avec un milieu élastique continu pour étudier la compaction des agents de soutènement qui est d'une grande importance dans l'industrie de la production pétrolière. Un tas granulaire est compactée entre deux plaques rigides. La répartition des contraintes induites par le tas d'agents de soutènement sur les plaques est étudiée et reliée à l'ouverture de la fissure et la zone de contact sur chaque plaque. L'influence de l'angle de frottement entre les grains et entre les grains et les plaques sont également étudiés. Les plaques rigides sont remplacés dans une deuxième partie par un bloc rocheux élastique simulé à l'aide de la DEM,en collant des particules entre elles par une très forte cohésion ajoutée aux contacts. La DEM est trouvée capable de simuler un milieu de continu élastique, vue que la comparaison de l'analyse d'un problème d'inclusion d'un disque rigide dans le bloc rocheux discrèt avec les résultats analytiques de Selvadurai (1994) est très proche. La forme dus tas de soutènement déposé à partir du trou de forage par gravité et la géométrie de la fracture pour différentes valeurs de contrainte verticales sont finalement présentés. / The discrete element method is used to study two interaction types in granular materials for two different applications.The first application embodies hydromechanical coupling to study the behavior of unsaturated granular materials. An extended numerical model of pendular bridge for spherical grains is introduced, enabling the determination of interfacial areas and taking into account the roughness of the grains. On this basis, the free energy of interfaces is defined, and its changes are found to balance the mechanical work exerted by the bridge on the particles of a two grain system, following the first law of thermodynamics. The model enables tracking the changes of free energy in deforming granular systems simulated with the discrete element method. Simulations of regular and random packings are presented to discuss the effective stress concept and check whether the Love-Weber expression of averaged stress is able to describe well the behavior of partially saturated granular materials for different configurations and mechanical aspects. Though frequently supposed to play the role of effective stress in multiphase systems, the Love-Weber stress is found to be valid only for regular packings to describe the deformation behavior in the elastic regime. In random packings, it does not compare consistently with the changes of elastic free energy.At the peak for shear strength, Love-Weber stress can be defined as a possible micromechanical effective stress formula for some configurations. It verifies a unique Mohr-Coulomb rupture envelop when the envelops are plotted in $p_{cont},q_{cont}$ in the case of random packings with rough /smooth grains and tightly graded particle size distributions. It is however shown that this property does not hold for all the possible particle size distributions.The pendular bridge model is coupled with the funicular model of Yuan et. al. (2015) allows the simulation of a full drainage process where it is shown that the addition of the menisci have a noticeable impact on the behavior of unsaturated soils.The second application embodies particle-elastic continuum interaction to study the compaction of proppant region that is of big importance in the oil and gas production industry. A granular pile is compacted between two rigid plates. The stress distribution induced by the pile of proppants on the plates is investigated and related to the opening of the fracture and the contact zone on each plate. The influence of friction angle between the grains and the grains and the plates are also investigated. The rigid plates are replaced in a second part by an elastic rock block simulated using DEM, gluing particles together with elastic contacts. DEM is shown to be adequate to simulate an elastic continuum medium as the comparison of the analysis of a rigid disc inclusion problem in the discrete rock block with analytical results of Selvadurai (1994) fit very well. The shape of the proppant pile deposited from the borehole by gravity and the geometry of the fracture for different overburden stress values are presented.

Approche micromécanique est utilisée pour étudier le transport et la congélation dans les milieux poreux non saturés. Dans les milieux poreux non saturés, film d'eau ainsi que la pression de disjonction sont introduits dans le transport et les problèmes de gel. Dans la modélisation, il est constaté que, couche capillaire avec l'eau interstitielle dominent le transport au degré de saturation élevé (Sr> 10%). Cependant, le film d'eau jouera un rôle important dans le transport à degré de saturation basse (Sr <10%), et le coefficient de diffusion sera faible que 3 à 4 ordres de grandeur à celle à degré de saturation élevé. Un modèle micromécanique de gel dans les milieux poreux non saturés est établi. Modèle micromécanique de congélation est plus physique basée dans la nature. En effet, différent du modèle poromécanique du milieu de congélation, dans lequel la pression de cristaux de glace est introduit, la pression de disjonction du film d'eau non gelée à la place de la pression de cristaux de glace est introduite dans le modèle micromécanique de congélation / Micromechanical approach is employed to investigate the transport and freezing within unsaturated porous media. In unsaturated porous media, water film as well as disjoining pressure are introduced in the transport and freezing problems. In the modeling, it is found that, capillary layer along with pore water dominate the transport at high saturation degree (Sr>10%). However, water film will play a significant role in transport at low saturation degree (Sr<10%), and the diffusion coefficient will be lower than 3 to 4 orders of magnitude than that at higher saturation degree. A micromechanical model of freezing in unsaturated porous media is established. Micromechanical model of freezing is more physical based in nature. That is because different from poromechanical model of freezing media in which ice crystal pressure is introduced, the disjoining pressure of unfrozen water film instead of ice crystal pressure is introduced in the micromechanical model of freezing

Depuis plusieurs décennies, les lignes directrices en matière d'alimentation incluent la recommandation de limiter la consommation de gras saturés (AGS). Cette recommandation serait largement basée sur les associations observées entre la consommation d'AGS et une augmentation de la concentration sanguine de cholestérol sur les lipoprotéines de faible densité, un facteur de risque des maladies cardiovasculaires (MCV). Pourtant, les changements au profil lipidique observés suite à la consommation d'AGS ne se traduiraient pas systématiquement en un risque plus élevé de MCV selon la littérature actuelle. Plusieurs chercheurs soulignent également l'importance de la source alimentaire d'AGS dans la relation entre les AGS et la santé, de même que l'importance du nutriment qui sera consommé en remplacement des AGS dans cette même relation. En ce sens, la recommandation de limiter la consommation d'AGS autant que possible est actuellement remise en question par plusieurs experts : est-ce toujours pertinent de recommander une faible consommation d'AGS ? L'objectif général de ce doctorat était d'offrir des pistes de réflexion par rapport à la pertinence de la recommandation de limiter l'apport en AGS actuellement incluse dans les lignes directrices en matière d'alimentation. Plus précisément, nous avons évalué l'apport en AGS actuel des adultes Canadiens, l'impact théorique de l'adhésion à certaines recommandations spécifiques aux AGS du Guide alimentaire canadien (GAC) de 2019 par tous les Canadiens sur leurs apports nutritionnels et les associations entre les AGS de différentes sources alimentaires et la qualité globale de l'alimentation. Ces analyses ont été réalisées dans l'échantillon représentatif des Canadiens du volet nutrition de l'Enquête sur la santé dans les collectivités canadiennes de 2015. L'objectif secondaire de ce doctorat était de mesurer la santé cardiovasculaire des Québécois, avec une attention particulière sur le rôle de l'alimentation dans l'atteinte d'une bonne santé cardiovasculaire. Pour ce faire, nous avons utilisé le score Life's Simple 7 développé par l'American Heart Association (AHA) dans un échantillon d'adultes québécois parlant le français. Les résultats de ce projet ont permis d'observer que les aliments qui ne sont pas recommandés dans le GAC sont les principaux contributeurs à l'apport en AGS des adultes canadiens, qui est au-delà de la limite actuellement recommandée. Selon nos observations, l'adhésion à la recommandation de remplacer les aliments contenant des AGS par des aliments contenant de bons gras permettrait une réduction importante des apports en AGS au Canada, surtout lorsque cette recommandation est appliquée dans le groupe des aliments non-recommandés dans le GAC. Les AGS provenant des aliments de faible valeur nutritive ont également été inversement associés à la qualité globale de l'alimentation, même si l'indice utilisé pour la mesurer ne considère pas la consommation d'AGS en soi. Enfin, les résultats de ce projet ont permis d'identifier que très peu d'adultes québécois parlant le français ont une alimentation considérée comme cardio-protectrice, selon les critères de l'AHA. En somme, dans leur ensemble, les résultats de ce projet de doctorat suggèrent le potentiel effet bénéfique que pourrait avoir la promotion d'aliments entiers et peu transformés recommandés dans le GAC sur la santé cardiovasculaire et les apports nutritionnels au Québec et au Canada, au-delà de la consommation d'AGS. / The recommendation to limit the consumption of saturated fats (SFA) has been included in most dietary guidelines for decades. This recommendation is mostly based on the associations observed between SFA consumption and increased blood low-density lipoprotein cholesterol concentrations, which is considered a risk factor for cardiovascular diseases (CVD). However, the changes observed in the lipid profile following SFA consumption do not systematically involve an increased CVD risk based on current literature. Numerous researchers underline the importance of dietary sources of SFA in the relationship between SFA and health, as well as the importance of the nutrient that will be consumed in replacement of SFA in this same relationship. Accordingly, the recommendation to limit SFA intakes as much as possible is questioned by multiple experts: is it still relevant to recommend low SFA intakes? The general objective of this thesis was to offer some lines of thought regarding the relevance of the recommendation to limit SFA intakes presently included in dietary guidelines. More specifically, we evaluated the current SFA intakes of Canadian adults, the theoretical impact of the adherence to SFA-specific recommendations included in the 2019 Canada's Food Guide (CFG) by all Canadians on their dietary intakes and the associations between SFA from different food sources and overall diet quality. The secondary objective of this thesis was to measure the cardiovascular health of Quebecers, with a focus on the role of diet in the achievement of good cardiovascular health. In order to do so, we used the American Heart Association's (AHA's) "Life's Simple 7" score in a sample of French-speaking adults from the Province of Québec. The results of this project showed that food that are not recommended in the 2019 CFG are the main contributors to the SFA intakes of Canadian adults, which are above the currently recommended limit. Based on our observations, the adherence to the recommendation to replace foods that contain SFA with foods containing healthy fats would lead to important reductions in SFA intakes in Canada, mostly when this recommendation is applied to foods that are not recommended in the 2019 CFG. Moreover, SFA from foods of low nutritive value were inversely associated with overall diet quality, even if the index used to measure diet quality did not consider SFA per se. Finally, our analyses show that very few French-speaking adults from Québec have a diet that is considered cardioprotective, based on AHA's criteria. Al together, the results of this project suggest that the promotion of whole and minimally processed foods that are recommended in the 2019 CFG could potentially be beneficial for cardiovascular health and dietary intakes in Québec and Canada, beyond SFA consumption.

Les maladies cardiovasculaires (MCV) font partie des plus importantes causes de mortalité au Canada. Elles sont caractérisées par différentes affections touchant le cœur et/ou les vaisseaux sanguins, dont un ensemble de facteurs de risque y sont impliqués. De nombreux facteurs de risque tels que les niveaux de lipides plasmatiques et l’hypertension pourraient être modulés entre autres par l’alimentation et de saines habitudes de vie. Toutefois, le rôle de certains nutriments tels que les lipides alimentaires et leurs répercussions sur les MCV est mitigé dans la littérature scientifique. Précisément, des études de cohortes ont démontré que l’incidence des MCV pouvait être augmentée par la consommation d’acides gras saturés (AGS), tandis que d’autres études ont établi que l’impact de l’apport alimentaire en gras saturés sur la santé cardiovasculaire pouvait potentiellement dépendre de la source d’AGS consommée. Ce mémoire présente les résultats d’une étude clinique multicentrique dont l’objectif principal était de vérifier l’impact des AGS provenant de différents produits laitiers, soit le fromage et le beurre, sur différents marqueurs de risque cardiométabolique. Les résultats de cette étude suggèrent que la consommation d’AGS provenant du fromage n’a pas les mêmes répercussions sur les niveaux de cholestérol des lipoprotéines de faible densité (C-LDL) que la consommation d’AGS provenant du beurre. L’effet de la consommation d’AGS du fromage sur le C-LDL est d’ailleurs modulé en fonction des niveaux de base de C-LDL des hommes et des femmes ayant pris part à l’étude. Ce devis de haute qualité scientifique apporte de nouvelles perspectives relativement à l’effet des AGS sur les marqueurs de risque cardiométabolique. Toutefois, plus d’études sont requises afin de mieux comprendre l’effet de la matrice alimentaire sur d’autres marqueurs du risque cardiovasculaire. / Cardiovascular diseases (CVD) are one of the most important causes of death in Canada. They are characterized by various conditions affecting the heart and/or the blood vessels, of which a set of risk factors are involved. Many risk factors such as blood lipids levels and hypertension could be modulated, notably by diet and healthy lifestyles. However, the impact of certain nutrients such as dietary lipids and their implications in CVD remains controversial in the scientific community. Precisely, cohort studies have shown that the incidence of CVD can be increased by the consumption of saturated fatty acids (SFA), while other studies have found that the impact of dietary SFA on cardiovascular health could potentially depend on the source of SFA consumed. This thesis presents the results of a multicenter clinical study which had as a main objective to investigate the impact of SFA from different dairy products, namely cheese and butter on various cardiometabolic risk factors. Results of this study suggest that consumption of SFA from cheese does not have the same impact on low-density cholesterol (LDL-C) levels that consumption of SFA from butter. The effect of SFA consumption from cheese on LDL-C is also modulated according to baseline LDL-C levels of the men and women who participated in the study. This high-quality scientific study provides new insights into the effect of SFA on cardiometabolic risk. However, more studies are needed to better understand the effect of the food matrix on other cardiovascular risk markers.

Titre de l'écran-titre (visionné le 30 janvier 2024) / La dyslipidémie induite par la résistance à l'insuline est une composante centrale du syndrome métabolique qui est associé à près du double du risque de maladies cardiovasculaires (MCV). Les MCV étant la première cause de décès dans le monde, leur prévention constitue un enjeu sociétal majeur. Ainsi, il est fréquemment recommandé de remplacer une partie des d'acides gras saturés (AGS) alimentaires par des acides gras insaturés. Récemment, notre groupe a démontré que la substitution des AGS par des acides gras polyinsaturés (AGPI) oméga-6 réduit la production et le nombre de particules de lipoprotéines de faible densité (LDL) chez les sujets insulino-résistants. Toutefois, nos connaissances sur les effets de la consommation d'acides gras monoinsaturés (AGMI) pour la prévention et le traitement de la dyslipidémie associée à la résistance à l'insuline demeurent limitées. L'objectif de ce projet de maîtrise était donc d'évaluer l'impact de la substitution des AGS alimentaires par des AGMI sur le métabolisme des lipoprotéines contenant l'apoB d'origine hépatique et intestinale de même que sur le profil lipidomique plasmatique chez les sujets dyslipidémiques insulino-résistants. Les résultats de ce mémoire démontrent pour la première fois que la diminution du C-LDL observée lors de la substitution des AGS par des AGMI serait en partie causée par une augmentation de la clairance des LDL. Nous avons également pu proposer un mécanisme expliquant que ces effets seraient dus à une augmentation de l'activité du récepteur LDL causée par une diminution des concentrations de sphingomyéline (SM) plasmatique. Cette importante démonstration fut rendue possible en combinant notre méthodologie éprouvée, constituée d'études contrôlées randomisées en chassé-croisé et d'analyses de la cinétique in vivo des lipoprotéines, aux nouvelles techniques de profilage lipidomique plasmatique utilisant le LC/MS/MS. Ainsi, ce projet ouvre de nouvelles pistes de recherche, car la modulation des niveaux de SM plasmatique par des interventions nutritionnelles pourrait devenir une nouvelle méthode pour la prévention et le traitement des MCV chez les populations à haut risque telles que les individus insulino-résistants. / Insulin resistance (IR)-induced dyslipidemia is a central component of metabolic syndrome associated with a twofold risk of cardiovascular disease (CVD). CVDs are the leading cause of death worldwide, and their prevention is a major societal challenge. To this end, it is recommended to partially replace dietary saturated fatty acids (SFAs) with unsaturated fatty acids. Recently, our group demonstrated that replacing SFAs with ω-6 PUFAs reduces the production rate and particle number of low-density lipoprotein (LDL) particles in IR subjects. However, our knowledge of the effects of MUFA consumption in the prevention and treatment of dyslipidemia associated with IR remains limited. The aim of this master's project was to evaluate the impact of substituting dietary MUFAs for SFAs on the in vivo kinetics of apoB-containing lipoproteins of hepatic and intestinal origin and on the plasma lipidomic profile in subjects with dyslipidemia and IR. The results of this study demonstrate for the first time that the decrease in LDL-C observed with the replacement of MUFAs for SFAs is partly due to an increase in LDL clearance. We were also able to propose a mechanism explaining that these effects are the result of an increase in LDL receptor activity caused by a decrease in plasma sphingomyelin (SM) concentrations. This important demonstration was made possible by combining our proven methodology, consisting of crossover randomized controlled trials and in vivo lipoprotein kinetics analyses, with new plasma lipidomic profiling techniques using LC/MS/MS. Thus, this project opens new research avenues, as modulation of plasma SM levels by nutritional interventions could become a new method for the prevention and treatment of CVD in high-risk populations such as individuals with IR.

Pour accroître la performance de leurs troupeaux, les producteurs laitiers du Canada ajustent la nutrition des vaches laitières et améliorent ainsi les rendements de production, en plus d'augmenter la teneur en matière grasse du lait. Depuis des décennies, ils incorporent divers suppléments lipidiques dans l'alimentation des animaux pour ce faire. La modification de la fréquence de traite est un autre outil pour améliorer les performances de production à la ferme. Ce projet de maîtrise visait à mieux comprendre l'effet de la supplémentation de la ration en acide palmitique à partir d'un coproduit de la production d'huile de palme, mais également de l'augmentation de la fréquence de traite et de l'interaction des deux pratiques sur les propriétés technologiques du lait à sa transformation. L'objectif était d'analyser comment ces pratiques affectaient la coagulation enzymatique du lait, l'expulsion du lactosérum du caillé fromager ainsi que la composition et l'affinage des fromages résultants. Dans le cadre du projet, les effets de la modification de la fréquence de traite ont été étudiés en comparant deux traites par jour à trois traites par jour. Un supplément d'acide palmitique, coproduit de l'extraction d'huile de palme, était ajouté à l'alimentation des vaches laitières. Finalement, l'effet d'interaction des deux pratiques (fréquence de traite et supplémentation) a été évalué. Pour garantir que seul le profil en acides gras du lait variait, sa standardisation en caséines et en matière grasse était nécessaire. Ces laits standardisés ont ensuite été transformés en fromage cheddar à l'échelle pilote. Les analyses ont porté sur la cinétique de coagulation du lait, les propriétés de drainage du caillé, la composition globale des fromages, les rendements de production ainsi que la rétention des protéines et de la matière grasse. Un suivi de l'affinage sur une période de 84 jours a été effectué via des analyses de texture, de protéolyse et de lipolyse. Les résultats ont montré que ni la supplémentation lipidique ni la fréquence de traite n'avaient d'impact sur les propriétés de coagulation du lait standardisé, la composition des fromages ou les rendements de fabrication. Cependant, traire les vaches trois fois par jour au lieu de deux a entraîné une augmentation significative des acides gras libres dans le fromage. Sans nuire à la qualité du lait frais, cette pratique influence la dégradation des lipides au cours de l'affinage. Ces expériences ont montré que les pratiques de traite et de supplémentation lipidique à la ferme n'ont pas d'incidence sur la qualité du lait ou la performance du procédé fromager, lorsque le lait est standardisé en caséines et en matière grasse. Aucun effet d'interaction n'a étalement été observé. Cependant, les réactions d'affinage, en particulier la libération d'acides gras libres suivant la lipolyse, peuvent être influencées par l'augmentation de la fréquence de traite. Quoique la qualité globale du lait cru n'a pas été affectée par les pratiques de traite et de supplémentation, ce projet démontre que certaines d'entre elles, comme la fréquence de traite, peuvent influencer la qualité de produits laitiers transformés à longue durée de vie comme le fromage cheddar affiné. / To enhance the performance of their herds, Canadian dairy producers are adjusting the nutrition of dairy cattle to improve production yields and increase milk fat content. For decades, they have been incorporating various lipid supplements into the cows' diet to achieve this. Changing the milking frequency is another tool to improve milk production. This project aimed to better understand the effect of supplementing the diet with palmitic acid from a byproduct of palm oil production, as well as increasing the milking frequency and the interaction of both practices on the technological properties of milk during processing. The objective was to analyse how these on-farm practices affect the enzymatic coagulation of milk, whey expulsion from the cheese curd, and the composition and aging of the resulting cheeses. As part of the project, the effects of changing the milking frequency were studied by comparing twice-daily milking to thrice-daily milking. Additionally, palmitic acid was added as a byproduct of palm oil extraction to the dairy cows' feed. Finally, the interaction effect of the two practices (milking frequency and supplementation) was evaluated. To ensure that only the milk fatty acid profile varied, standardization in caseins and fat was necessary. These standardized milks were then processed into Cheddar cheese on a pilot scale. Analyses focused on the milk coagulation kinetic, the curd draining properties, the overall composition of the cheeses, production yields, as well as the retention of proteins and fat. Cheese ripening was monitored over a period of 84 days through texture, proteolysis, and lipolysis analyses. The results showed that neither lipid supplementation nor milking frequency impacted the milk coagulation properties, cheese composition, or manufacturing yields. However, milking cows three times a day instead of two led to a significant increase in free fatty acids in cheese. While not affecting the quality of fresh milk, this practice influences lipids degradation during cheese ripening. These experiments showed that milking and lipid supplementation practices on the farm do not impact milk quality or cheesemaking process when milk is standardized in caseins and fat. No interaction effect was observed either. However, ripening reactions, especially the release of free fatty acids, may be influenced by increasing the milking frequency. Although the overall quality of raw milk was not affected by milking and supplementation practices, this project demonstrates that some practices, such as milking frequency, can influence the quality of long-aged dairy products like ripened Cheddar cheese.

Ce travail concerne l'utilisation de la technique de Fracturation Hydraulique (FH) pour exploiter l'énergie géothermique des réservoirs profonds de roches sèches chaudes (HDR). La fracturation hydraulique est réalisée par injection de fluides géothermiques dans des réservoirs partiellement fracturés de faible perméabilité. Les fluides à haute pression sont destinés à faire évoluer les fissures et leur connectivité. Les valeurs de débit/pression auxquelles les fluides géothermiques doivent être pompés, ainsi que le calendrier de pompage pour initier la fracturation hydraulique, dépendent principalement des conditions géostatiques existantes (contraintes géostatiques, pression fluide et température initiales de l'HDR) ainsi que des propriétés des fissures de l'HDR (longueur, épaisseur, densité et distribution directionnelle initiales moyennes de fissures). Tous ces éléments, en sus de leurs effets sur la stabilité des forages, sont analysés dans cette recherche. Des modèles de fracturation, qui sont capables de suivre l'évolution des fissures dans toutes les orientations spatiales possibles, sont utilisés pour obtenir le tenseur anisotrope de perméabilité. Ces modèles sont intégrés dans un code domestique d'éléments finis qui est développé pour résoudre des problèmes aux limites thermo-poroélastiques. Pour supprimer/diminuer les oscillations qui accompagnent les solutions paraboliques et/ou hyperboliques lors de la convection forcée, plusieurs techniques de stabilisation ont dû être implémentées.

Les matériaux granulaires multiphasiques occupent une place très importante dans notre environnement qui suscitent un grand intérêt de nombreuses communautés scientifiques, notamment celles de la mécanique des sols ou de la géotechnique. Le caractère divisé permet les milieux granulaires multiphasiques d'avoir un comportement mécanique global qui trouve leur origine, leur distribution et interactions entre les phases de composition. Un modèle de couplage hydromécanique est présenté dans ce travail de thèse pour l'application à la modélisation microscopique des couplages hydromécaniques dans les matériaux granulaires saturés. Le modèle numérique est basé sur un couplage de la méthode des éléments discrets (DEM) avec une formulation en volumes finis, à l'échelle des pores (PFV), du problmème de l'écoulement d'un fluide visqueux incompressible. Le solide est modélisé comme un arrangement de particules sphériques avec des interactions de type élasto-plastique aux contacts solide-solide. On considère un écoulement de Stokes incompressible, en supposant que les forces inertielles sont négligeables par rapport aux forces visqueuses. La géométrie des pores et leur connectivité sont définies sur la base d'une triangulation régulière des sphères, qui aboutit à un maillage tétrahédrique. La définition des conductivités hydrauliques à l'échelle des pores est un point clef du modèle, qui se rapproche sur ce point à des modèles de type pore-network. Une importance particulière réside dans les lois d'interactions fluide-solide permettant de déterminer des forces de fluide appliquées sur chacune des particules, tout en assurant un coût de calcul acceptable pour la modélisation en trois dimensions avec plusieurs millieurs des particules. Des mesures de perméabilités sur des assemblages bidisperses de billes de verre sont présentées et comparées aux prédictions du modèle et aux formules empiriques/semi-empiriques dans la littérature, ce qui valide la définition de la conductivité locale et met en évidence le rôle de la distribution granulométrique et la porosité. Une approche numérique pour analyser l'interaction mécanique fluide-solide et les mécanismes d'érosion interne est finalement présentée. / Multiphase granular materials occupy a very important place in our environment that are of great interest to many scientific communities, including those of soil mechanics or geotechnical engineering. The divided nature allows multiphase granular media to have a global mechanical behaviour which originates from all component phases, their distribution and interactions. Acoupled hydromechanical model is presented in this work for the application to microscopic modeling of coupled hydromechanical in saturated granular materials. The numerical model uses a combination of the discrete element method (DEM) with a pore-scale finite volume (PFV) formulation of flow problem of an incompressible viscous fluid. The solid is modeled as an assembly of spherical particles, where contact interactions are governed by elasto-plasticrelations. Stokes flow is considered, assuming that inertial forces are small in comparison with viscous forces. Pore geometry and pore connections are defined locally through regular triangulation of spheres, from which a tetrahedral mesh arises. The definition of pore-scale hydraulic conductivities is a key aspect of this model. In this sense, the model is similar to a pore-network model. The emphasis of this model is, on one hand the microscopic description of the interaction between phases, with the determination of the forces applied on solid particles by the fluid, on the other hand, the model involves affordable computational costs, that allow the simulation of thousands of particles in three dimensional models. Permeability measurements on bidispersed glass beads are reported and compared with model predictions and empirical formulas/semi-empirical in the literature, validating the definition of local conductivities and bringing out the role of particle size distribution and porosity. A numerical approach to analyze the fluid-solid mechanical interaction and mechanisms of internal erosion is finally presented.

Ce mémoire est consacré à l'étude de la rétention d'eau et de la consolidation des sols non saturés dans un cadre thermo-hydro-mécanique. Il est organisé en deux parties qui concernent respectivement "l'effet de la déformation et de la température sur le comportement hydrique" et "l'effet de la température et de la succion sur le comportement mécanique" de sols non saturés. Dans la première partie, on montre la pertinence du concept de surface caractéristique d'un sol par opposition à la courbe de rétention dont la portée s'avère limitée dans le cas de milieux très déformables. Ce concept est illustré expérimentalement dans le cas d'un sable limoneux argileux. La modélisation mathématique de la surface caractéristique s'appuie sur une importante campagne expérimentale comprenant la mesure d'environ 240 triplets (indice des vides, teneur en eau, succion). Par ailleurs, un modèle de comportement thermo-hydrique est proposé afin de déterminer la surface caractéristique et la courbe de rétention à une température donnée. Ce modèle est validé dans le cas de deux matériaux (une céramique à base de terre cuite et un sable limoneux argileux) testés par l'auteur ainsi que dans le cas d'autres matériaux de la littérature. Enfin, on présente une application à la détermination de la perméabilité des sols non saturés prenant en compte la déformation et la température. Dans la deuxième partie, l'effet de la température et de la succion sur le comportement mécanique est examiné à partir d'essais de consolidation du limon de Sion. Ces essais sont réalisés à différents niveaux de température et de succion. Pour chacun de ces essais, les indices de gonflement et de compression ainsi que la contrainte de préconsolidation sont mesurés. On détermine ainsi l'influence de la température et de la succion sur ces paramètres essentiels du comportement mécanique. Enfin, on propose une fonction d'approximation modélisant l'évolution de la contrainte de préconsolidation en fonction de la température et de la succion.

Cette thèse a pour but le développement d'un modèle constitutif hydromécanique prenant en compte le couplage de l'endommagement et de la plasticité dans les géomatériaux non-saturés. Le couplage de ce modèle avec les transferts hydrauliques est rendu possible par son implémentation dans le code aux éléments finis $Theta$-Stock. Un algorithme local a été développé spécifiquement dans ce but. Des problèmes hydromécaniques complètement couplés, tels que la création de la zone endommagée par excavation autour d'un tunnel ou la création d'un endommagement de dessiccation et d'humidification ont été simulés. Une contrainte doublement effective incorporant les effets de la succion et de l'endommagement (considéré isotrope) a été définie en s'appuyant sur des bases thermodynamiques. Cette approche a l'avantage de considérer une unique variable de contrainte étant thermodynamiquement conjuguée aux déformations élastiques. Une formulation hyperélastique dépendante de la pression de confinement est utilisée pour décrire le comportement dans le domaine élastique. L'évolution des rigidités élastiques avec l'endommagement est comparée en considérant deux hypothèses : le principe des déformations équivalentes et le principe de l'énergie élastique équivalente. L'hypothèse d'équivalence des déformations permet d'introduire la contrainte doublement effective dans les équations de plasticité et ainsi de coupler plasticité et endommagement. Les équations de plasticité sont dérivées du modèle de Barcelone (Alonso extit{et al.}, 1990), lui même basé sur le modèle de Cam-Clay. Deux critères distincts d'endommagement et de plasticité sont définis qui peuvent être activés aussi bien indépendamment que simultanément. Les surfaces de charges étant exprimées en fonction de la contrainte effective et de la succion, elles évoluent automatiquement en fonction de la succion et de l'endommagement dans l'espace des contraintes totales. Cela permet de représenter la transition d'un comportement ductile vers un comportement fragile lorsque le matériau est asséché. Un algorithme local explicite a été développé pour gérer le couplage des deux phénomènes dissipatifs. L'implémentation du modèle constitutif dans le code aux éléments finis $Theta$-Stock permet l'étude de problèmes hydromécaniques complètement couplés, les lois de transfert dépendant elles aussi de l'état de saturation du matériau. Ce modèle a d'abord été appliqué à la simulation du développement de micro-fissures lors du séchage d'une éprouvette. L'apparition de l'endommagement est expliquée principalement par le gradient de pression très important créé à la surface de l'échantillon lorsqu'on applique une forte variation de succion. Enfin, un problème à échelle réelle est simulé. L'excavation d'un tunnel, la désaturation du sol environnant dû à la ventilation, ainsi que la création de la zone endommagée par excavation sont étudiés. L'étendue des zones l'endommagement et de déformations plastiques autour du tunnel est étudiée