Approche micromécanique de la capillarité dans les milieux granulaires humides : rétention d'eau et comportement mécanique

par Jean-Philippe Gras

Thèse de doctorat en Mécanique, génie mécanique, génie civil

Sous la direction de Moulay Saïd El Youssoufi.

Le jury était composé de Moulay Saïd El Youssoufi, Jean-Yves Delenne, Tomasz Hueckel, Fabien Soulié, Olivier Millet.

Les rapporteurs étaient François Nicot, Saïd Taïbi.


  • Résumé

    Ce travail de thèse est consacré à l'étude des milieux granulaires humides. On étudie principalement le cas de faibles teneurs en eau. L'influence du phénomène de capillarité sur la rétention d'eau et sur le comportement mécanique du milieu est analysée. A chaque état d'équilibre, la distribution d'eau dans le milieu granulaire est obtenue en appliquant une succion homogène dans un volume élémentaire représentatif. La méthode multi-échelles utilisée se nourrit d'expérimentations/modélisation à l'échelle des interactions entre les grains, et produit des simulations en éléments discrets du comportement macroscopique qui sont comparées aux résultats d'expérimentation. A l'échelle des interactions capillaires, une étude expérimentale du pont liquide pilotée en succion permet la validation d'un modèle basé sur l'approximation toroïdale du profil du pont liquide. A l'échelle macroscopique, les courbes de rétention d'eau simulées sont proches des courbes de rétention d'eau expérimentales réalisées sur des milieux modèles composés de billes de verre. Enfin, le comportement mécanique macroscopique est simulé. On note une fragilisation du matériau en fonction de la succion dans le domaines des faibles teneurs en eau qui s'explique par une diminution de la densité des ponts liquides. La prise en compte d'une rugosité des grains permet une meilleure description de la transition entre un état humide et un état sec. L'analyse des contraintes montre la pertinence du tenseur des contraintes associé aux interactions attractives dans l'étude de l'évolution de la contrainte à la rupture (compression simple) et de la compressibilité (compression oedométrique) en fonction de la succion.

  • Titre traduit

    Micromechanical approach of capillarity in humid granular media : water retention and mechanical behaviour


  • Résumé

    This work deals with study of humid granular media. Weak water percent media are mainly studied. The influence of capillarity on water retention and mechanical behaviour is analyzed. At each state of equilibrium, water distribution is obtained by applying a homogeneous suction in the entire elementary representative volume. The multi-scale approach used, is based on experimental/modelling at the local scale (interaction between grains) and produce discrete elements simulation of the macroscopic behaviour which are compared to experimental results. At the scale of the interactions, an experimental study of the liquid bridge piloted by suction validates a model based on the toroidal approximation of the liquid bridge shape. At the macroscopic scale, simulated water retention curves are near of experimental water retention curves made on a model sample composed of glass beads. Then, the mechanical behaviour is simulated. We notice a loss of cohesi on in function of suction because of a reduction of the liquid bridge density. The introduction of a roughness allows a best representation of the transition between the non saturation state and the dry state. The analysis of the stress reveal the pertinence of the stress tensor associated with attractives interactions in the evolution of rupture stress (simple compression) and compressibility (oedometric compression) in function of suction.


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