Thèse soutenue

Comportement thermomécanique de l'interface sol-structure sous des charges monotones et cycliques dans le contexte des géostructures énergétiques

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Auteur / Autrice : Soheib Maghsoodi
Direction : Farimah MasrouriOlivier Cuisinier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Énergie et mécanique
Date : Soutenance le 17/06/2020
Etablissement(s) : Université de Lorraine
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'énergétique et de mécanique théorique et appliquée (Nancy). Groupe Etude des systèmes et procédés énergétiques
Jury : Président / Présidente : Fabrice Emeriault
Examinateurs / Examinatrices : Farimah Masrouri, Olivier Cuisinier, Hussein Mroueh, Erdin Ibraim, Alice Di Donna
Rapporteurs / Rapporteuses : Hussein Mroueh, Erdin Ibraim

Résumé

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L'incorporation d'échangeurs de chaleur dans des géostructures conventionnelles comme les pieux peut extraire la chaleur du sol à des fins de chauffage et l'injecter dans le sol à des fins de refroidissement. Ces dernières années, des recherches ont été menées à l'échelle réelle et en laboratoire pour étudier l'effet de la température sur le comportement géotechnique de ces géostructures énergétiques ainsi que sur le sol environnant. En effet, ces géostructures énergétiques peuvent être soumises à des charges mécaniques cycliques et a des variations thermiques tout au long de leur durée de vie. L'objectif de cette étude était d'approfondir la compréhension du comportement du contact sable/argile-structure sous des charges thermomécaniques complexes. Un dispositif de cisaillement direct à température contrôlée permettant d'effectuer des essais monotones et cycliques à charge normale constante ou à rigidité normale constante a été mis au point. La réponse de l'interface aux effets thermiques sur le comportement mécanique des sols et l'interface sol-structure a été étudiée. Le sable de Fontainebleau et l'argile kaolin ont été utilisés comme substituts pour les sols sableux et argileux. Les résultats ont montré que les variations thermiques appliquées ont un effet négligeable sur la résistance au cisaillement de l'interface entre le sable et la structure du sol. Dans les échantillons d'argile, l'augmentation de la température a augmenté la cohésion et par conséquent la résistance au cisaillement, en raison de la contraction thermique pendant le chauffage. L'adhérence de l'interface argile-structure était inférieure à la cohésion des échantillons d'argile. Pour étudier les effets de la charge mécanique cyclique sur l'interface argile-structure à différentes températures, des essais de cisaillement direct monotone et cyclique à volume équivalent non drainé ont été réalisés sur l'interface argile-argile et argile-structure à différentes températures. Les résultats ont montré que le nombre de cycles jusqu'à la rupture pour l'essai d'interface argile-structure était inférieur à celui du cas argile-argile dans la même gamme de rapports de contraintes de cisaillement cycliques et moyennes. L'augmentation de la température a réduit le taux d'accumulation des contraintes et le nombre de cycles jusqu'à la rupture a été multiplié par 2 ou 3. Le taux de dégradation (paramètre de dégradation, t) a diminué de 16% avec un chauffage de 22 à 60 °C pour les différents rapports de contrainte cyclique testés. Un modèle d'interface sol-structure non isotherme basé sur la théorie de l'état critique a ensuite été développé. Le modèle non isotherme prend en compte l'effet de la température sur le taux de vide de l'interface avant le cisaillement. Le modèle est capable de saisir l'effet de la température sur l'interface sol-structure dans des conditions de charge normale constante et de rigidité normale constante pour les interfaces sableuses et argileuses. Les paramètres supplémentaires ont des significations physiques et peuvent être déterminés à partir d'essais classiques en laboratoire. La formulation est en bon accord avec les résultats expérimentaux et les principales tendances sont correctement reproduites.