Études expérimentales et numériques de la géomembrane PVC soumise à des efforts de traction

Experimental and numerical investigations of PVC geomembranes lining systems under tensile forces

• Auteur / Autrice : Nesrin Akel
• Direction : Nathalie Touze-Foltz, Francois Nicot
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur : spécialité Mécanique des Solides
• Date : Soutenance en 2025
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences pour l'ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : RECOVER - Risques, Ecosystèmes, Vulnérabilité, Environnement, Résilience
• Jury : Président / Présidente : Pascal Villard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Touze-Foltz, Katerina Ioannidou, Lucien Laiarinandrasana, Jean-Luc Bouvard, François Nicot, Guillaume Stoltz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Katerina Ioannidou, Lucien Laiarinandrasana

Mots clés

Mots clés libres

Geomembrane

Element discret

Forces de traction

Pvc

Geomembrane

Discret element method

Tensile forces

Pvc

Résumé

Face aux changement climatiques qui représentent une menace pour les ressources en eau, les géomembranes (GMB) jouent un rôle essentiel dans la conservation durable de l'eau en limitant les pertes d'eau au sein des ouvrages hydrauliques. Les GMBs en PVC sont privilégiées pour les barrages et les canaux en raison de leur flexibilité et leur grands déformabilité. Bien qu'elles ne soient pas conçues pour supporter des charges mécaniques, elles restent vulnérables à des contraintes de traction imprévues, lors de l’installation ou au cours de leur durée de vie, ce qui peut dégrader leurs propriétés d’étanchéité et entraîner des défaillances prématurées. Cette étude examine leur réponse mécanique pour une large gamme devitesses de sollicitation, à travers des essais de traction uniaxiale, afin de traiter les écarts entre les conditions in situ et en laboratoire. Les résultats montrent une dépendence marquée à la vitesse de traction, principalement au temps court. La mémoire de la vitesse de chargement initial disparaît après environ 4 heures de relaxation sous deformation constante. L’historique de précharge, incluant la durée d'exposition et le poids, affecte la récupération de déformation, et les propriétés à long terme peuvent être déduites d’essais à court terme dans des conditions constantes. En parallèle des investigations expérimentales, un modèle micromécanique multi-échelle novateur, basé sur la méthode des éléments discrets, a été développé, afin d’intégrer des paramètres microstructuraux comme le degré de cristallinité et la densité de la zone amorphe. Ce modèle relie la microstructure au comportement macroscopique, en identifiant les points de défaillance.

Faced with climate change, which poses a significant threat to water resources, geomembrane (GM) plays a vital role in sustainable water conservation strategies by preventing water loss in hydraulic structures. PVC GMs are preferred in dams and canals thanks to their flexibility and large deformability. Although not designed to bear mechanical loads, they remain vulnerable to face unexpected tensile stresses, during installation and over their lifespan, potentially degrading the waterproofing barrier properties through premature failure. Thus, the mechanical properties of PVC GM are vital considerations for engineers when designing long-lasting waterproofing systems. This study investigates the rate-dependent mechanical response of PVC GMs through uniaxial tensile loading, addressing discrepancies between in-situ and laboratory conditions. Results reveal that lower tensile rates reduce rigidity, strength, and strain at failure, while the dependency on the initial loading rate diminishes after ~4 hours of constant strain relaxation. Preloading history, including exposure time and weight, impacts strain recovery, and long-term properties can be deduced from short-term tests under consistent conditions. To complement experiments, an original multiscale micromechanical model using the Discrete Element Method (DEM) accounts for microstructural features like amorphous phase density, chain tortuosity, and crystallinity. This model links microstructural elements to macroscopic behavior, enabling the detection of failure points and their effects on overall performance.