Soutenance de thèse de Antoine WAUTIER

La plupart des digues étant constituées de matériaux granulaires compactés, elles sont perméables et constamment soumises à des écoulements d'eau dans leur volume. Dans certaines conditions, ces écoulements sont susceptibles d'altérer leur microstructure par érosion interne et de générer des instabilités mécaniques responsables de ruptures inopinées lors de fortes crues. Cette thèse s'intéresse à l'analyse multi-échelle des instabilités mécaniques dans les matériaux granulaires soumis au phénomène d'érosion interne. Dans ce travail de recherche, leur comportement mécanique est simulé en trois dimensions à l'échelle de volumes élémentaires représentatifs, et ce, pour différents états de contraintes et gradients hydrauliques. La stabilité mécanique de ces matériaux est analysée avant et après érosion interne grâce à l'utilisation combinée du critère du travail du second ordre et d'études directionnelles. Les mécanismes élémentaires responsables des instabilités matérielles ainsi identifiées sont alors mis en évidence. Les changements de microstructure induits par un écoulement interne sont ensuite analysés en termes d'instabilités mécaniques. Le rôle clé des particules libres est à ce titre souligné. En contrôlant le développement des déformations plastiques incrémentales, elles contribuent à assurer la stabilité mécanique des matériaux granulaires. Ces particules étant facilement transportables, leur colmatage ou leur érosion par un écoulement interne ont respectivement un effet stabilisateur ou déstabilisateur vis à vis du comportement mécanique macroscopique des matériaux granulaires considérés.

Dikes are most of the time built of compacted granular materials that are permeable and continuously subjected to internal fluid flows. In some cases, microstructure modifications resulting from internal erosion generate mechanical instability that will lead to unexpected failures in case of serious flooding. This PhD focuses on multi-scale analysis of mechanical instability in granular materials subjected to internal erosion. In this research work, the mechanical behavior of such materials is simulated in three dimensions at the scale of representative elementary volumes subjected to different stress states and hydraulic gradients. Thanks to the combined use of the second order work criterion and directional analyses, the mechanical stability of these materials is tested before and after internal erosion. The elementary mechanisms responsible for the observed material instability are thus identified. Flow induced microstructure modifications are then linked to the existence of mechanical instability. To this respect, the key role of free particles with respect to the mechanical stability is shown. By controlling the development of incremental plastic strains, rattlers contribute to mechanical stability. Since these particles are easily transported by internal fluid flows, clogging and erosion are shown to have respectively a stabilizing or a destabilizing effect on the macroscopic mechanical behavior of the considered granular materials.