Thèse soutenue

Modélisation multi-échelle du comportement mécanique des sols non-saturés

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Auteur / Autrice : Marie Miot
Direction : Pierre PhilippeGuillaume VeylonAntoine WautierFrançois Nicot
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Génie civil et architecture
Date : Soutenance le 22/03/2021
Etablissement(s) : Aix-Marseille
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille ; 2000-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : INRAE (Aix-en-Provence)
Jury : Président / Présidente : Richard Wan
Examinateurs / Examinatrices : Luc Scholtès, Maxime Nicolas
Rapporteurs / Rapporteuses : Mahdia Hattab, Moulay Saïd El Youssoufi

Résumé

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La modélisation de digues en remblai nécessite des modèles de comportement mécanique de matériaux granulaires qui prennent en compte la microstructure du matériau afin de prédire les différents mécanismes pouvant entraîner une rupture. La présence d'eau dans les zones non saturées requiert la prise en compte des forces capillaires additionnelles. L'introduction de la microstructure rend les modélisations à l'échelle de l'ouvrage coûteuses. Le choix du modèle H 3D contourne cette difficulté avec un modèle multi-échelle considérant une distribution spatiale de cellules de dix grains. L'objectif de cette thèse est d'étendre le domaine de validité de ce modèle aux matériaux non saturés. Premièrement, une revue de la littérature sur l'étude des milieux granulaires et de la capillarité justifie les choix effectués pour la modélisation des sols granulaires non saturés. Deuxièmement, la méthode de calcul des forces capillaires par minimisation d'énergie est appliquée à l'étude de la coalescence de deux ponts capillaires dans un triplet de grains. Une comparaison avec des résultats expérimentaux et une étude paramétrique sur plusieurs paramètres physiques sont réalisées. Ensuite, des abaques de forces capillaires dans une cellule du modèle H sont construits en fonction du volume d'eau et de la géométrie de la cellule. Les hypothèses de calcul et de choix de régimes sont détaillées. Enfin, le modèle H 3D non saturés est implémenté en tant que loi constitutive dans des codes de calcul fondés sur la méthode des différences finies et la méthode Smoothed Particles Hydrodynamics afin de mesurer l'impact sur le comportement mécanique de la teneur en eau à plusieurs échelles