Caractérisation expérimentale et modélisation numérique de l'influence de la saturation sur le comportement mécanique de la craie de Château-Landon

Experimental investigation and numerical modelling of the influence of saturation on the mechanical behaviour of Château-Landon chalk

• Auteur / Autrice : Danielle Pajiep Ngongang
• Direction : Jianfu Shao, Mountaka Souley, Nathalie Conil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 11/04/2024
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMcube - Laboratoire de mécanique, multiphysique, multiéchelle
• Jury : Président / Présidente : Jean Sulem
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincenzo De Gennaro
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fanny Descamps, Albert Giraud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Changements climatiques

Château-Landon (Seine-et-Marne)

Stabilité

Carrières abandonnées

Niveau hydrostatique

Sols -- Saturation en eau

Simulation par ordinateur

Teneur en eau

Propriétés mécaniques

Craie

Effets des inondations

Carrières souterraines (sites d'extraction)

Mots clés libres

Changement climatique

Carrière souterraine

Craie

Saturation en eau

Simulation numérique

Climate change

Underground mine

Chalk

Water saturation

Numerical simultation

Résumé

Avec le changement climatique et devant le risque accru de crues exceptionnelles, se pose aujourd'hui la question de la stabilité des carrières souterraines anciennement exploitées et aujourd'hui laissées à l'abandon. C'est notamment le cas de la carrière de craie Royer à Château-Landon (Seine-et-Marne), présentant des similitudes géologiques et géotechniques avec la carrière de craie Beaulieu effondrée en janvier 1910 à la suite à de précipitations extrêmes. L'objectif de cette thèse est d'étudier les effets des changements du degré de saturation en eau du massif sur le comportement mécanique de la craie de Château-Landon. La réponse mécanique de la craie de Château-Landon partiellement et totalement saturée a été étudiée expérimentalement. Des essais de compression hydrostatique, triaxiale et de fluage ont permis d'étudier la réponse hydromécanique de la craie à court et à long terme. Les essais ont été menés sous différents niveaux de contrainte et de saturation en condition drainée. Les résultats confirment la sensibilité de cette craie à l'eau et mettent évidence le passage d'un comportement élastoplastique fragile à ductile en fonction de la saturation et de la pression de confinement. Un mécanisme de pore collapse est mis en évidence avec les essais hydrostatiques. La limite de pore collapse diminuant avec le degré de saturation. Un modèle basé sur la micromécanique tenant en compte les mécanismes plastiques liés à la microstructure de la craie poreuse a été proposé. Pour valider ce modèle de comportement, plusieurs simulations ont été effectuées et comparées aux données expérimentales. Les résultats ont montré que le modèle proposé permet de décrire correctement l'influence de la teneur en eau sur le comportement mécanique de la craie de Château-Landon.

With climate change and the increased risk of exceptional flooding, the stability of underground mines, formerly exploited and now abandoned, is a pressing concern. This is particularly the case for the Royer chalk mine in Château-Landon (Seine-et-Marne), which has geological and geotechnical similarities with the Beaulieu chalk mine that collapsed in January 1910 following extreme rainfall. The aim of this work is to study the effects of changes in the water saturation of the chalk massif on the mechanical behaviour of the Château-Landon chalk. The mechanical response of partially and fully saturated Château-Landon chalk has been studied experimentally. Hydrostatic compression, triaxial, and creep tests were conducted to investigate the hydromechanical response in the short and long term. The tests were performed under different stress levels and saturation conditions in drained conditions. The results confirm the sensitivity of this chalk to water and highlight the transition from a brittle elastoplastic behaviour to ductile behaviour depending on saturation and confining pressure. A pore collapse mechanism is revealed in hydrostatic tests, with the limit of pore collapse decreasing with saturation. A micromechanics-based model, taking into account plastic mechanisms related to the microstructure of porous chalk, was proposed. To validate this model, several simulations were carried out and compared to experimental data. The results showed that the proposed model accurately describes the influence of water content on the mechanical behaviour of Château-Landon chalk.