Contribution à l'étude de la dessiccation des argiles : analyse simultanée des champs de déformation et de contrainte

Contribution to the study of clay desiccation : simultaneous analysis of strain and stress fields

• Auteur / Autrice : Ahmad El Hajjar
• Direction : Saïd Taïbi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 06/11/2020
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire ondes et milieux complexes (Le Havre, Seine-Maritime)
• Jury : Président / Présidente : Anne Pantet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marie Fleureau, Mahdia Hattab, Nadia Saiyouri, Tariq Ouahbi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Cosenza, Isam Shahrour

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fissuration

Déshydratation

Sols argileux

Mots clés libres

Sols argileux

Déformation

Retrait

Succion

Fissuration par dessiccation

Clayey soil

Strain

Shrinkage

Suction

Desiccation cracking

Résumé

La terre crue, matériau utilisé dans la construction depuis des millénaires, présente actuellement une alternative intéressante aux matériaux onéreux et énergivores. Dans les conditions climatiques et économiques actuelles, ce matériau connaît un regain d’intérêt tant pour ses caractéristiques écologiques que pour ses propriétés thermo-hygroscopiques très performantes. Néanmoins, le matériau « terre crue » présente une vulnérabilité liée à la fissuration due aux déformations de retrait provoquées par la dessiccation. L’objectif de ce travail de thèse est de contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes d’apparition et de propagation des fissures dans les matériaux argileux sous sollicitations hydriques. Dans ce contexte, une étude expérimentale et phénoménologique du retrait libre d’une part, du retrait empêché d’autre part est réalisée, afin de caractériser les déformations de retrait et l’amorce de la fissuration, en relation avec l’état de contrainte interne généré par dessiccation dans les sols argileux. Ceci a nécessité le développement d’un dispositif expérimental prototype adapté à la dessiccation des sols argileux et appelé DIC-CRT (Digital Image Correlation - Clay Ring Test). Il combine trois techniques expérimentales : la corrélation d’images numériques (DIC) l’essai de retrait empêché à l’anneau (CRT) ; la tensiométrie pour le suivi de la succion durant le processus de dessiccation. Différentes conditions aux limites, géométriques (forme et épaisseur des éprouvettes…), mécaniques (rugosité du support, retrait empêché...) et hydriques (hygrométrie ambiante) sont prospectées. Des paramètres pertinents pour quantifier les efforts internes et l'intensité des fissures dans les matériaux sont identifiés. Par ailleurs, l’effet de renforts à base de fibres végétales sur la cinétique de déformations, l’amorce et l’intensité de la fissuration sont prospectés.

Raw earth, a material that has been used in construction for thousands of years, currently provides an interesting alternative to expensive and power-consuming materials. The current climatic and economic conditions have led to a renewed interest in this material, both for its ecological characteristics and for its high-performance thermo-hygroscopic properties. Nevertheless, the "raw earth" material presents a vulnerability related to cracking due to shrinkage strains induced by desiccation. The aim of this thesis research is to contribute to a better insight into crack appearance and propagation mechanisms in clayey materials subjected to hydric solicitations. In this context, an experimental and phenomenological study of both free desiccation and retained desiccation is carried out in order to characterize the shrinkage strains and the crack initiation, related to the internal stresses state induced by desiccation in clayey soils. Therefore, a prototype experimental device adapted to the desiccation of clayey soils and called DIC-CRT (Digital Image Correlation - Clay Ring Test), is developed. It combines three experimental techniques: Digital Image Correlation (DIC), Clay Ring Test (CRT); and tensiometry to measure suction during the drying process. Several boundary conditions, geometrical (specimen shape and thickness...), mechanical (support roughness, restrained shrinkage...) and hydric (ambient humidity) are prospected. Relevant parameters to quantify the internal stresses and the cracks intensity in the materials are defined. In addition, the effect of plant-based reinforcements on deformation kinetics, crack initiation and intensity are prospected.