Microstructure d'un mélange sable argile sous chargement mécanique et hydrique

Microstructure of a sand-clay mixture under mechanical and hydric loading

• Auteur / Autrice : Hakim Naoui
• Direction : Mahdia Hattab, Fares Bennai
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique des Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 07/12/2021
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : C2MP - CHIMIE MECANIQUE MATERIAUX PHYSIQUE
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LEM3 - Laboratoire d Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux

Mots clés

Mots clés libres

Mélange sable-argile

Comportement mécanique

Microstructure

Chargement hydrique

Microscopie électronique à balayage

Micro-tomographie aux rayons X

Sand-clay mixture

Microstructure

Mechanical behaviour

Swealling

Scanning electron microscopy

X-ray microtomography

Résumé

Les travaux de ces dernières années ont montré que le comportement mécanique des argiles est lié à leur microstructure, et la compréhension du lien entre les mécanismes à l'échelle micro et ceux à l'échelle macro est devenue essentielle. Dans cette thèse, le comportement mécanique d'un sol sablo-argileux saturé est étudié grâce à une série d'essais œdométriques réalisés à l'aide d'un œdomètre conçu pour cette étude. Différentes formulations ont été considérées, combinant des argiles (Kaolinite K13 et Bentonite MX80) et du sable d'Hostun HN31, avec une teneur en argile variant entre 40 %, 60 %, et 100 %. Les paramètres géotechniques de chaque mélange ont été préalablement mesurés expérimentalement. Les échantillons sont soumis à un chargement œdométrique avec différents niveaux de contraintes effectives verticales allant de 100 jusqu'à 400kPa.Le comportement mécanique des différents sols est étudié et comparé à la corrélation de Biarez et Favre pour les argiles remaniées saturées. Les résultats montrent que les mélanges contenant de la bentonite sont beaucoup plus compressibles que ceux contenant de la kaolinite. De plus, pour chaque type d'argile, une teneur en argile plus élevée entraîne une compressibilité accrue du sol.L'observation de la microstructure, en termes d'orientation des particules, de détachement entre les grains et la matrice argileuse, de fracture des grains, etc., est réalisée en post mortem par microscopie électronique à balayage (MEB). Les résultats de l'analyse microstructurale sont ensuite évalués en fonction de la teneur en argile, du type d'argile et du niveau de chargement mécanique. Nous avons observé que les particules à proximité des grains s'orientent suivant les bords des grains de sable, et que le détachement entre les grains et la matrice, ainsi que l'ouverture des fractures des grains, dépendent du niveau de la contrainte verticale.La dernière partie de la thèse est consacrée à l'étude du gonflement des mélanges bentonite/sable par microtomographie aux rayons X. Des essais de gonflement libre seront réalisés en parallèle avec les observations, allant d'un état sec des mélanges, avec une humidification progressive jusqu'à atteindre la limite de liquidité. Les acquisitions tomographiques permettent de suivre l'évolution tridimensionnelle des mouvements des grains de sable et des modifications du réseau poral.

Research in recent years has shown that the mechanical behaviour of clays is linked to their microstructure, and understanding the link between micro-scale and macro-scale mechanisms has become essential. In this thesis, the mechanical behaviour of a saturated sand-clay soil was studied through a series of oedometer tests carried out using an oedometer designed for this study. Different formulations were considered, combining clays (Kaolinite K13 and Bentonite MX80) and Hostun HN31 sand, with clay contents varying between 40%, 60% and 100%. The geotechnical parameters of each mixture were measured experimentally beforehand. The mechanical behaviour of the different soils was studied and compared with the Biarez and Favre correlation for saturated remoulded clays. The results show that mixtures containing bentonite are more compressible than those containing kaolinite. Observation of the microstructure, in terms of particle orientation, detachment between grains and the clay matrix, grain fracture, etc., was carried out post-mortem using scanning electron microscopy (SEM). The results of the microstructural analysis are then evaluated as a function of clay content, clay type and level of mechanical loading. We observed that the particles near the grains are oriented along the edges of the sand grains, and that the detachment between the grains and the clay matrix, as well as the opening of the grain fractures, depend on the level of vertical stress.The last part of the thesis is devoted to the study of the swelling of bentonite/sand mixtures using X-ray microtomography. Free swelling tests will be carried out in parallel with the observations, ranging from a dry state of the mixtures, with gradual humidification until the liquid limit is reached. Tomographic acquisitions will be used to monitor the three-dimensional evolution of sand grain movements and changes in the pore network.