Ecole Doctorale
SCIENCES POUR L'INGENIEUR : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique
Spécialité
« Sciences pour l'ingénieur » : spécialité « Mécanique des Solides »
Etablissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
érosion interne,suffusion,microstructure,tomographie à rayons X,essai triaxial,comportement mécanique,
Keywords
internal erosion,suffusion,microstructure,x-ray computed tomography,triaxial test,mechanical behavior,
Titre de thèse
Etude expérimentale de limpact de lérosion par suffusion sur les propriétés physiques et mécaniques des sols.
Experimental investigation of the impact of the erosion by suffusion on the physical and mechanical properties of soils.
Date
Jeudi 6 Décembre 2018 à 14:00
Adresse
3275 Route Cézanne, 13100 Aix-en-Provence Salle Cézanne
Jury
Directeur de these |
M. Pierre PHILIPPE |
IRSTEA |
Rapporteur |
M. Didier MAROT |
Université de Nantes |
Rapporteur |
M. Éric VINCENS |
École centrale de Lyon |
Examinateur |
M. Yacine KHIDAS |
Université Paris Est |
Examinateur |
M. Maxime NICOLAS |
Aix-Marseille Université / IUSTI |
Examinateur |
M. Luc SIBILLE |
Université Grenoble Alpes / Laboratoire 3SR |
Examinateur |
Mme Claire SILVANI |
INSA Lyon |
CoDirecteur de these |
Mme Nadia BENAHMED |
IRSTEA |
Résumé de la thèse
Ce travail de thèse sest attaché à investiguer, dune part, le mécanisme dérosion interne par suffusion dans les ouvrages hydrauliques en terre, et dautre part, les conséquences quil pourrait avoir sur le comportement mécanique du sol, lobjectif principal étant daméliorer notre compréhension de ce processus et du comportement des sols érodés. La démarche adoptée est principalement expérimentale, réalisée à différentes échelles : du macroscopique, à léchelle du matériau, au microscopique, à léchelle des grains constitutifs.
A léchelle macroscopique, des essais de suffusion ont été réalisés sur des échantillons de sol à laide dun nouveau dispositif dessai dérosion, appelé perméamètre de suffusion, développé dans le cadre de cette thèse. Après érosion dans le perméamètre, les échantillons érodés sont transférés par une procédure de congélation/décongélation dans un dispositif dessai triaxial afin détudier leur comportement sous chargement mécanique. Les résultats obtenus à cette échelle ont permis de donner un aperçu général du mécanisme de suffusion et de mettre en évidence son impact sur les propriétés de résistance au cisaillement du sol.
A léchelle microscopique, une analyse fine a pu être menée en réalisant un essai de suffusion des mesures in-operando de tomographie à rayons X et de la visualisation locale par techniques optiques sur un sol artificiel. La caractérisation du sol à cette échelle microstructurale a permis de mieux comprendre le processus de suffusion, notamment en mettant en évidence lapparition et le développement de fortes hétérogénéités qui semblent avoir une influence importante sur la réponse mécanique des sols érodés.
Thesis resume
This thesis work has investigated, on the one hand, the mechanism of internal erosion by suffusion in earthen hydraulic structures, and, on the other hand, the consequences suffusion can cause on the mechanical behavior of soils, the main objective being to improve our understanding of both the suffusion process and the behavior of eroded soils. The approach adopted was mainly experimental, by a multi-scale experimental approach: from macroscopic, at the material scale, to microscopic, at the grain scale.
At the macroscopic scale, suffusion experiments were performed on gap-graded cohesionless soil samples using a newly developed testing device, called the suffusion permeameter. Then, the eroded samples are transferred by a freeze/thaw procedure to a triaxial device to study their behavior under mechanical loading. The achieved results provide a general overview of the suffusion mechanism at the sample scale and highlight its impact on soil shear resistance properties.
At the microscopic scale, the suffusion mechanism has been studied by performing a suffusion test with in-operando x-ray tomography and using local visualization based on optical techniques in an artificial soil. Subsequent grain-scale analysis has provided a deeper understanding of suffusion process through the characterization of the eroded soil microstructure, particularly highlighting the occurrence and development of strong heterogeneities, which appear to play a key role in the macroscopic mechanical behavior of eroded soils.