On s'intéresse dans ce travail à l'applicabilité de la sollicitation pressiométrique à l'évaluation des caractéristiques de liquéfaction des sables. Apres une étude bibliographique consacrée au comportement mécanique des sables et aux méthodes actuelles d'évaluation du risque de liquéfaction de massifs sableux, on présente dans un deuxième chapitre les résultats d'un programme expérimental réalisé à l'appareil triaxial pour préciser les caractéristiques de liquéfaction et de mobilité cyclique d'un sable de référence, le sable d'Hostun RF. Dans un troisième chapitre, on présente les résultats d'une étude réalisée au cylindre épais, destinée à simuler un essai d'expansion de cavité cylindrique représentative de la sollicitation pressiométrique, sous chargement monotone et cyclique, en vue de mettre en évidence l'influence de paramètre de base sur la réponse observée. Le quatrième chapitre est consacré à la mise en oeuvre d'une chambre d'étalonnage et à la réalisation d'essais au mini pressiomètre pour valider les essais au cylindre épais. A partir des résultats des chapitres précédents, on propose dans le cinquième chapitre deux méthodes d'utilisation des résultats d'essais d'expansion de cavité pour l'évaluation des caractéristiques de liquéfaction d'un sable, l'une basée sur l'utilisation des essais d'expansion monotone, et l'autre basée sur l'utilisation des essais d'expansion cyclique.

Cette recherche traite de l'interprétation des mesures des pressions interstitielles au cours des essais in situ au piézocone et au pressiomètre autoforeur en vue de la détermination des caractéristiques géotechniques des sols en place. L'interprétation des essais s'appuie essentiellement sur la modélisation du phénomène d'expansion de cavité provoquée par la sollicitation appliquée. Dans la première partie de ce rapport, on passe en revue les études antérieures concernant l'utilisation des mesures obtenues au piézocone. On tente à travers cette étude bibliographique de déterminer les paramètres principaux influençant la réponse du sol à la pénétration et les valeurs des surpressions interstitielles ; cela en analysant les résultats expérimentaux rapportés dans la littérature d'une part et ceux obtenus théoriquement d'autre part, en particulier à partir des approches d'interprétation en contraintes totales du phénomène d'expansion de cavité. La deuxième partie du rapport a pour objectif de tester différentes approches de modélisation en laboratoire, à partir d'essais d'expansion sur des échantillons annulaires sur un sol limoneux. Le type d'essai a été conçu de manière à obtenir une reproductibilité des résultats expérimentaux d'essais d'expansion sur un sol remanié dont les caractéristiques sont déterminées à partir d'essais triaxiaux sous des conditions aux limites bien définies. L'interprétation des essais a eu essentiellement pour objectif de vérifier les hypothèses des diverses approches de modélisation. On a considéré d'une part une approche en contraintes totales considérant un sol élastique parfaitement plastique avec le critère de Tresca et d'autre part une approche d'analyse en contraintes effectives. Cette dernière utilise un modèle relativement simple (GUERMAZI, 1985) considérant le sol comme un matériau élastoplastique écrouissable à loi d'écoulement non associée. On montre que l'approche de modélisation en contraintes totales permet de déterminer les caractéristiques du sol à court terme. La cohésion non drainée et le module de cisaillement sont comparables avec ceux obtenus aux essais triaxiaux. Cependant, il est nécessaire d'élaborer une approche en contraintes effectives pour une interprétation adéquate des mesures des surpressions interstitielles permettant une détermination des caractéristiques effectives du squelette du sol à savoir sa résistance au cisaillement, sa compressibilité et ses propriétés de contractance et/ou dilatance. Dans la troisième partie, la comparaison des résultats théoriques avec ceux obtenus au laboratoire montre que la détermination des caractéristiques du sol étudié est assez fiable. On montre ainsi que les caractéristiques effectives du squelette du sol ainsi obtenues sont en accord avec celles déterminées à partir d'autres types d'essais, in situ et en laboratoire. Dans la quatrième et dernière partie, on expose les différents essais effectués in situ au pénétromètre à tête piézoélectrique. Deux types de sites ont été testés ; d'une part des sols argileux relativement homogènes où l'effet du drainage partiel au cours de la pénétration pourrait être négligé, d'autre part des sols sableux où la perméabilité est assez importante et où l'hypothèse d'essai non drainé n'est plus vérifiée. Sur le premier type de sol, on a essayé de tester les approches de modélisation en contraintes totales du phénomène d'expansion de cavité. L'utilisation de paramètres adimensionnels a présenté un intérêt particulier pour la reconnaissance et la classification des sols. Sur le deuxième type de sol, en l'occurrence à DUNKERQUE où le site présente un intérêt particulier compte tenu de la présence des inclusions de sable lâche et dense entre des couches argileuses, on a utilisé une pointe permettant de mesurer d'une part la résistance de pointe et le frottement latéral, d'autre part les surpressions interstitielles sur la pointe et sur le manchon de frottement latéral et ceci au cours du même essai. On a insisté en particulier sur les résultats des études paramétriques concernant : - l'effet de la position de la cellule des mesures des surpressions interstitielles ; - l'effet de la vitesse d'enfoncement ; - l'effet du diamètre du cône. Ces essais ont permis de mettre en évidence l'effet de la position de la cellule sur les mesures des pressions interstitielles. Les mesures avec la cellule placée sur le manchon de frottement latéral semblent plus adéquates pour caractériser la susceptibilité des sables à se contracter ou à se dilater. Cependant, c'est la différence de comportement sur la pointe et sur le manchon du frottement latéral qui permet d'identifier les inclusions de sable à l'état lâche ou dense. Cela met en évidence l'intérêt du "dual" piézocone pour la détermination in situ du potentiel de liquéfaction des sols en place.

L'étude présentée dans ce mémoire se propose de réfléchir sur les relations existant entre une sollicitation homogène de laboratoire telle que l'essai triaxial classique, et une sollicitation non homogène telle que l'expansion de cavité cylindrique, le lien entre les deux types de sollicitation étant réalisé via un modèle de comportement. Ainsi, le premier chapitre constitue une étude bibliographique destinée à faire le point sur les éléments essentiels concernant la rhéologie des sables et sur les modèles de comportement actuellement utilisés. Le deuxième chapitre propose une nouvelle modélisation du comportement mécanique des sables qui s'inscrit entièrement dans le cadre élastoplastique et, dont l'objectif principal est de prendre en compte la notion de paramètre d'état (Been et Jefferies, 1985) et plus récemment d'indice d'état (Ishihara, 1993) sur le comportement de type lâche ou dense du sable. Le dernier chapitre, est consacré à l'étude des expansions de cavité à partir des modèles basés sur l'élastoplasticité généralisée (Zienkiewiez Pastor et Leung 1985). Ce modèle est tout d'abord appliqué à la sollicitation pressiométrique monotone et cyclique dans des sols cohérents avec prise en compte du couplage eau-squelette. Le cas des sables est finalement étudié, en mettant en oeuvre dans le code de calcul développé pour cette étude le modèle de Pastor, Leung et Zienkiewiez (1985) et en comparant les simulations obtenues à des essais réalisés au cylindre épais par Dupla (1995) dont la sollicitation est proche de la sollicitation pressiométrique. On montre comment à partir de l'essai pressiométrique cyclique, il est possible d'évaluer par démarche inverse le potentiel de liquéfaction d'un massif sableux.