Les matériaux granulaires composites sont fréquemment utilisés dans les ouvrages géotechniques. Ces matériaux, composés de constituants de natures et de tailles différentes, ont une rhéologie complexe difficile à appréhender expérimentalement. Un modèle numérique tridimensionnel basé sur la méthode des éléments discrets est développé et une démarche spécifique est proposée afin de simuler le comportement mécanique de ces matériaux sous sollicitation triaxiale.<br />Le modèle repose sur l'utilisation d'éléments discrets de formes simples non convexes et sur une procédure de calibration des paramètres. Il a été validé par des essais expérimentaux réalisés pour diverses densités sur des matériaux granulaires homogènes. Le modèle est appliqué aux mélanges sable – gravier et sable – pastilles de pneu pour diverses proportions et comparé à des résultats expérimentaux. L'influence de la forme et de la taille relative des éléments est discutée.

Ce travail a pour objectif principal d'étudier l'influence des paramètres des procédés de compaction à froid et de frittage sur la microstructure et les propriétés mécaniques des pièces en polytetrafluoréthylène (PTFE) ainsi fabriquées. Comme d'autres polymères à haute masse moléculaire, bien que faisant partie des polymères thermoplastiques, le PTFE présente une viscosité à l'état fondu trop élevée pour permettre sa mise en oeuvre par moulage par injection, ce qui conduit au procédé de fabrication par compaction à froid et frittage. La phase de frittage correspond à un traitement thermique au delà de la température de fusion qui induit des déformations finies, en général anisotropes et fonction de l'histoire du chargement mécanique subi par le matériau au cours de l'étape préalable de compaction à froid. Afin de développer des modèles de comportement thermomécaniques utilisables lors de la simulation numérique de l'ensemble du procédé de fabrication, différents essais ont été réalisés pour étudier les différents mécanismes responsables des évolutions microstructurales et des déformations lors de la compaction et du frittage. L'étude expérimentale du procédé de compaction a été menée grâce à des essais de compaction uniaxiale (oedométriques), des essais de compaction hydrostatique réalisés dans une presse hydraulique isostatique et des essais triaxiaux réalisés grâce à un dispositif original installé dans une machine d'essais électrohydraulique à six vérins. Ces essais ont permis d'identifier un modèle de comportement élasto-plastique de type "Drucker-Prager/cap" disponible dans la bibliothèque de lois de comportement du programme de calcul par éléments finis industriel ABAQUS™, ce qui a permis de simuler numériquement quelques cas simples. L'étude expérimentale du procédé de frittage a été menée grâce à la réalisation d'essais de thermogravimétrie (ATG), calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et d'essais de dilatométrie réalisés sur des éprouvettes isotropes ou anisotropes avec différentes valeurs de la porosité. Ces essais ont permis de décomposer la déformation de frittage en une déformation thermique réversible, une déformation liée au changement de phase cristalline en phase amorphe -ou vice versa-, une déformation liée à la refermeture des pores et enfin une déformation dite de recouvrance. Cette étude a été réalisée sur deux poudres, de PTFE pur ou de PTFE chargé par environ 5wt% d'Ekonol™ et 5wt% de fibres de carbone, respectivement commercialisées sous le nom de Teflon™ 6407 et de Teflon™ 6507.

La compréhension et la prévention des mécanismes d'endommagement ayant un impact sur les cinétiques de production et les taux de récupération reste un problème ouvert en ingénierie de réservoir. L'objectif de cette étude repose sur la caractérisation du comportement hydromécanique de roches gréseuses et carbonatés en 'condition de réservoir' et l'identification des mécanismes locaux responsables des évolutions de perméabilité mesurables macroscopiquement. L'essentiel du travail expérimental s'est articulé autour d'un dispositif triaxial original, permettant de mesurer en cours de chargement les évolutions de perméabilité dans les directions principales du tenseur de contraintes. La validation de notre protocole effectuée, une première campagne d'essais en compression hydrostatique et uniaxiale sur les grès de Fontainebleau et de Bentheim permet, d'une part, une analyse plus fine du comportement intrinsèque de ces matériaux par la mise en évidence et la prise en compte d'effets expérimentaux, et d'autre part d'étudier l'impact de l'endommagement fragile sur les perméabilités directionnelles. Une seconde série d'expériences de compression, selon différents chemins de chargement, a été réalisée sur un carbonate, le calcaire d'Estaillades. En régime de déformation élastique, la modélisation de la réduction de perméabilité a été appréhendée par une approche Réseau de Pores, basée sur une représentation simplifiée de l'espace poreux et extraite des reconstructions 3D par µ-tomographie RX. Si la rupture fragile des échantillons ne perturbe que très peu la perméabilité initiale, à plus haute pression effective, les diminutions de perméabilité peuvent atteindre 90% et sont alors associées aux mécanismes de pore collapse. L'analyse des échantillons déformés, couplée aux techniques de corrélation d'images acquises in-situ sur des dispositifs de compression simple sous MEB et sous Optique, permet une meilleure prise compte du rôle des échelles d'hétérogénéités dans la localisation des déformations et de mieux définir leur impact sur les évolutions de perméabilités à l'échelle de l'échantillon.

Le travail de recherche présenté dans ce mémoire se situe dans le domaine de la géomécanique. Il a pour but l'étude du comportement différé des sols mous en confrontant les résultats obtenus par modélisation numérique aux expérimentations et observations sur site. Dans une première partie, l'état actuel des recherches concernant les principales actions menées sur l'interprétation du fluage (consolidation secondaire), dans le but d'estimer les déformations différées d'ouvrages. Cette présentation donne un aperçu historique de ce phénomène et les différentes méthodes proposées pour l'utilisation des résultats du fluage pour la construction en géotechnique. Dans une seconde partie, l'étude se penchera sur les essais au pressiomètre, ainsi que les essais au Diflupress. L.D, essai pressiométrique de longue durée développé pour l'étude in-situ du fluage. L'objectif de cette partie est de rappeler la complexité de la notion de module de déformation, notamment en fonction de l'amplitude des déformations. Dans une troisième partie, on présente les modèles de comportement, employés dans les simulations numériques. Puis, les modèles HSM (Hard Soil Model) et SSM (Soft Soil Model) dans le code Plaxis sont décrits avant de détailler le modèle SSCM (Soft Soil Creep Model) qui sera utilisé dans la suite de cette étude. Ce modèle est validé sur différents types d'ouvrages et différents sols fins. Dans une quatrième partie, nous présentons la simulation de l'essai pressiométrique, et nous étudions la dépendance du module pressiométrique ‘EM' et la pression limite ‘pl' en fonction de: des différents paramètres intrinsèques du sol (module de Young E ou de cisaillement G, coefficient de Poisson ν, angle de frottement φ, angle de dilatance Ψ, C cohésion, coefficient de terre au repos K0...), des caractéristiques géométriques de la sonde (diamètre, hauteur). Dans une cinquième partie, nous présentons la validation du modèle SSCM sur des essais homogènes de laboratoire (triaxial et oedomètre), et nous analysons le comportement de deux ouvrages en remblai et d'un grand radier.

Les sols grossiers constituent une classe de sols caractérisée par la présence d'éléments de grande taille au sein du matériau. La taille de ces éléments peut varier de quelques centimètres jusqu'à plusieurs décimètres voire plusieurs mètres (moraines glacières). L'évaluation des caractéristiques mécaniques de ces sols est très délicate en raison, en particulier, de la présence des éléments de grande taille et de la définition des volumes de matériau représentatifs à considérer. Dans ce cadre, on s'intéresse, à une classe particulière de sols grossiers, à savoir des sols composés d'une matrice "fine" contenant des inclusions de taille bien diffenciée, appelés sols grossiers "à matrice". Après avoir défini et reconstitué des sols de référence (matrice sableuse contenant divers types d'inclusions), on présente un ensemble de résultats expérimentaux obtenus à l'appareil triaxial (éprouvettes de 100 et 300 mm de diamètre) destinés à mettre en évidence l'influence de paramètres significatifs sur les comportements observés: caractéristiques de la matrice, type et fraction volumique des inclusions, classe granulométrique des inclusions, état de contrainte initial appliqué. On s'intéresse en particulier aux propriétés mécaniques mesurées en petites déformations (élasticité) ainsi qu'aux caractéristiques de rupture du matériau et aux propriétés d'écrouissage (contractance et dilatance). Puis, sur la base des résultats obtenus, on propose une méthode d'évaluation des propriétés mécaniques des sols de référence étudiés basée sur une procédure de reconstitution granulométrique du matériau. Ces sols pouvant être considérés comme des sols hétérogènes, la méthode proposée inclus également l'utilisation de formules analytiques établies à partir de méthodes d'homogénéisation. Finalement, on montre l'extension possible de cette méthode aux sols naturels, généralement plus complexes que les sols de référence étudiés.

L'étude du comportement de l'argile de l'Aptien, utilisée en couverture d'étanchéité des ISD, proche de la saturation et soumise à la flexion et au cisaillement est principalement traitée dans le cadre de ce travail. Des expériences conventionnelles (compression simple, essais triaxiaux) et non conventionnelles (traction directe, essais brésiliens) en laboratoire ont été réalisées pour déterminer les paramètres importants. Une amélioration du comportement mécanique de l'argile par l'addition de fibres de différentes natures a été envisagée. Les résultats ont été interprétés afin d'optimiser la mise en oeuvre des matériaux. Cependant, les expériences en laboratoire ne sont pas suffisantes et dans certain cas particulièrement difficile à conduire ce qui explique que parfois elles peuvent être sujettes à caution. Une modélisation numérique a donc été envisagée. La méthode des éléments discrets a été utilisée. Elle permet de reproduire le comportement mécanique des matériaux granulaires et cohésifs de l'échelle du laboratoire à l'échelle de l'ouvrage ou d'une partie de l'ouvrage. Une attention particulière a été portée à la modélisation de l'argile qui peut être soumise simultanément à de la traction et de la compression. La microstructure du matériau argileux n'a pas été reproduite mais modélisée par un assemble des particules en interaction. Plusieurs lois de contact ont été utilisées. L'influence des paramètres microscopiques du modèle sur le comportement macroscopique des échantillons numériques a été étudiée. Une extension de ces résultats à la modélisation d'un essai de soulèvement en vraie grandeur in situ a été réalisée. Il s'agit là d'une première réponse au comportement réel de la couverture argileuse du site.

L'objet de ce travail est l'analyse expérimentale et théorique du comportement mécanique anisotrope d'un grès des Vosges, dans les domaines des déformations élasto-plastiques, de la localisation des déformations et de la rupture. Un intérêt particulier porte sur l'influence de l'orthotropie de révolution initiale du matériau sur l'orientation des bandes de cisaillement apparaissant pour des états de compressions sous pressions de confinement. Un programme expérimental a été développé pour la caractérisation mécanique du comportement de la roche sous compressions isotropes, compressions orientées sous pressions de confinement et tractions simples orientées. Des méthodes expérimentales spécifiques pour les mesures de toutes les composantes du tenseur des déformations élasto-plastiques d'une roche poreuse sous pressions de confinement ont été conçues et développées dans le souci permanent d'obtenir des données expérimentales fiables. Les essais réalisés ont permis, d'une part, d'obtenir un ensemble de résultats réalistes et cohérents sur les caractéristiques élasto-plastiques orthotropes de révolution de la roche, et d'autre part, de mettre en évidence l'orientation privilégiée des bandes de cisaillement par rapport aux structures internes orientées du matériau. Une méthode de détection du seuil de localisation des déformations a également été développée, Parallèlement, l'orientation privilégiée des bandes de cisaillement apparaissant dans des roches orthotropes de révolution soumises à des compressions triaxiales de révolution a été modélisée. Cette modélisation a été réalisée par l'introduction des structures matérielles dans l'analyse de Rice de la localisation des déformations élasto-plastiques, grâce aux formes générales invariantes des lois de comportement anisotrope.

Les matériaux granulaires sont souvent utilisés les chaussées à faible et moyen trafic, pour la réalisation des couches d’assise, des couches de forme et de la couche de sol support. Les sollicitations dues au trafic sont les principales causes d’endommagement de ces chaussées qui conduisent à deux modes de dégradation: l’orniérage à grand rayon et la fissuration par fatigue de la couverture bitumineuse. L’influence de la non saturation et de la teneur en fines sur la capacité portante des sols granulaires joue un rôle très important sur la rigidité mécanique ainsi que l’endommagement des structures de chaussées soumises aux chargements répétés du trafic. En plus, le phénomène d’hystérésis produit par les conditions environnementales, notamment les conditions hydriques a également une influence importante sur la rigidité de ces matériaux non liés. Cependant, la méthode de dimensionnement des chaussées neuves en France ne permet pas de prendre en compte correctement l’effet de teneur en fines et l’effet de l’hystérésis hydrique. L’objectif de la thèse est d’étudier l’effet de la non-saturation, de la teneur en fines et de l’hystérésis hydrique sur le comportement mécanique des matériaux granulaires de chaussées soumis aux chargements répétés du trafic. Nous avons réalisé une campagne d’essais à différentes teneurs en eau sur deux chemins d’humidification et de séchage, avec mesure de la succion, de la résistance au cisaillement et du comportement résilient (essais triaxiaux à chargements répétés). Finalement, à l’aide de ces résultats expérimentaux, nous avons déterminé les paramètres des modèles classiques d’élasticité non linéaire. Ces modèles sont implantés dans le code de calcul aux éléments finis CAST3M pour déterminer la déflexion de chaussées souples lorsqu’elles sont soumises à des sollicitations mécaniques de trafic et des sollicitations hydriques environnementales. / Granular materials are often used in low traffic pavement structures, with unbound granular base and sub-base layers. The load due to traffic is one of the principal damage modes for these pavements. The main design criteria for these pavements are a rutting criterion for the subgrade, a fatigue criterion for the asphalt layer. The variation of the unsaturated state and the clay content in granular materials have a significant influence on their mechanical behavior. In addition, the hysteresis phenomenon produced by the environmental conditions, including water conditions also has a very important influence on the rigidity of the unbound material. Whereas, the French design method is based on linear elastic calculations. It does not take into account theinfluence of clay content of pavement materials and the influence of the hysteresis phenomenon. Then, the objective of this thesis is to study the unsaturated state, the clay content and the hysteresis phenomenon on mechanical behavior of unbound granular materials for roads subjected to traffic loading. A series of tests for different water contents on both wetting and drying paths have been carried out with matrix suction measurements, shear tests and repeated load triaxial tests for the resilient behavior. Finally, the experimental results were simulated using the nonlinear elastic model (modified Boyce model) generally used for the resilient behavior of granular soils. These models are implemented in the finite element code and calculations have been performed with CAST3M to determine the deflection of full scale pavements at different environmental conditions.

Si le phénomène de superdéformation a été maintes fois mis en évidence dans de diverses et nombreuses régions de masse, pour la majeure partie des bandes superdéformées découvertes, principalement dans la région de masse A ~ 150, l'énergie d'excitation et le moment angulaire de leurs états superdéformés ne sont toutefois pas fixés. Nous avons donc entrepris à l'aide du multidétecteur EUROBALL IV situé à l'Institut de Recherches Subatomiques de Strasbourg, la recherche et l'étude de transitions de liaison entre les puits super- et normalement déformés dans le noyau 151Tb. De plus, ce noyau présente la particularité de posséder une bande superdéformée excitée identique à celle de la bande yrast du noyau 152Dy, récemment reliée aux états normalement déformés. Pour étendre notre étude comparative avec le noyau 152Dy, présentant une coexistence de formes dans le premier puits de potentiel, nous avons également mené la recherche de bandes rotationnelles de nature collective à déformation allongée mais modérée, coexistant avec la structure à déformation aplatie du noyau 151Tb. La découverte de nouvelles bandes superdéformées dans les isotopes 151,152Tb, l'extension à faible et haut moments angulaires des bandes précédemment connues et la réalisation de calculs de champ moyen avec un potentiel de Woods-Saxon déformé ont contribué à approfondir notre connaissance aussi bien qu'à soulever de nouvelles questions quant aux assignations de configuration d'orbitales de ces bandes.

Cette étude expérimentale traite la localisation des déformations sur un grès poreux: le grès de Vosges. Un nombre des essais triaxiaux sont effectués sous des pressions de confinement (i.e., 20 MPa - 190 MPa) et des déformations axiales différentes pour mieux comprendre la réponse mécanique de ce grès. La localisation des déformations a été étudiée dans des différentes échelles en appliquant une variation de mesures de champs (full-field methods) comme la Tomographie Ultrasonore (en 2D), les Emissions Acoustiques (en 3D), les Rayons X (en 3D), et la Corrélation des Images (en 3D). Les méthodes expérimentales ont été appliquées avant, pendant et après les essais triaxiaux. Des coupes fine ont été observées sous le microscope optique et électronique (SEM). La combinaison des multiples techniques expérimentales, qui ont des différentes sensitivités et résolutions, a décrit la procédure de la formation et l'évolution des bands de déformation observées sur le grès de Vosges. Des bandes de cisaillement ont été formées sous des pressions intermédiaires et des bandes de compaction sous des pressions élevées. Des bandes de compactions pure n'ont pas été observées.Les bandes de déformations observées se sont caractérisées comme des zones de déformation de cisaillement localisée et/ou de compaction. En plus, elles se sont caractérisées comme des structures de fable vitesse ultrasonore, des places d'origine des fissures inter- ou intra- granulaires, et des places des densités de matériel élevées.Deux mécanismes principales ont été observées au niveau de grain dans les bandes de cisaillement et de bandes de compaction (shear-enhanced compaction bands): d'un cote c'est la fissuration des grains (endommagement) et de l'autre cote c'est la réduction de porosité (sur la forme de compaction). Les deux mécanismes i présent différences sur leurs proportions et leur ordre d'occurrence dans le temps.