Caractérisation des phénomènes d’érosion et de dispersion : développement d’essais et applications pratiques

par Iman Haghighi

Thèse de doctorat en Géotechnique

Sous la direction de Philippe Reiffsteck.

Le président du jury était Daniel Levacher.

Le jury était composé de Philippe Reiffsteck, Anne Pantet, Christophe Chevalier.

Les rapporteurs étaient Didier Marot, Yves-Henri Faure.


  • Résumé

    Les processus érosifs constituent la cause majeure des ruptures des ouvrages hydrauliques comme les digues ou les barrages en terre. Ils touchent également de nombreux ouvrages comme les remblais d'infrastructure de transport ou les fondations de piles de ponts. Les phénomènes d'érosion sont des processus complexes qui dépendent de multiples paramètres. Il est donc indispensable de les caractériser au travers d'essais dédiés. Deux mécanismes principaux d'érosion sont généralement distingués sur les ouvrages linéaires en terre : l'érosion interne et la surverse. La dispersivité du sol est également un facteur important dans ces processus. Le présent travail étudie ces phénomènes à l'aide de trois dispositifs expérimentaux : l'essai d'érosion de trou (HET « Hole Erosion Test ») qui étudie l'agrandissement d'un canal circulaire par analogie à l'érosion interne (érosion de conduit), l'érodimètre à jets mobiles (MoJET « Mobile Jets Erosion Test ») qui érode la surface du sol par des jets perpendiculaires avec des analogies à l'érosion de surface et l'essai d'émiettage amélioré (ECT « Enhanced Crumb Test ») qui évalue le potentiel de désagrégation d'une texture de sol en absence de sollicitation mécanique. Dans une première partie, nous nous sommes intéressés à développer et améliorer ces trois dispositifs expérimentaux, leur protocole d'essai ainsi que leur interprétation pour une application plus pertinente sur les ouvrages. Ainsi, pour le HET, une nouvelle méthode d'interprétation indépendante de l'hydraulique de l'écoulement est proposée. Le dispositif a également été adapté pour réaliser des essais sur des éprouvettes peu perturbées et les plages de sollicitations ont été étendues pour rendre l'essai à la fois applicable sur des sols très résistants et sur des sédiments très sensibles à l'érosion. Le dispositif de MoJET a été utilisé pour effectuer des campagnes d'essais sur ouvrages pilotes avec un mode opératoire révisé. Enfin, le dispositif d'essai d'émiettage a été amélioré pour effectuer un suivi temporel quantitatif de la désagrégation du sol dans l'eau et un protocole a été défini pour la réalisation d'essais sur les sols reconstitués ou prélevés. Dans une seconde partie, les différentes méthodes d'expérimentation ont été appliquées sur deux études pratiques. La première étude porte sur l'utilisation de chaux pour traiter les sols utilisés dans les ouvrages hydrauliques. Nous montrons au travers de campagnes d'essais en laboratoire et sur ouvrages pilotes que l'utilisation d'un tel traitement diminue considérablement la sensibilité à l'érosion des sols traités. La seconde étude porte sur l'influence de la salinité de l'eau (environnante ou constitutive du sol) sur les phénomènes d'érosion et de dispersion. L'utilisation des différents essais a permis de discuter l'influence de plusieurs paramètres et de caractériser le comportement des sols face aux différents aspects des processus érosifs

  • Titre traduit

    Characterization of erosion and dispersion : test development and practical applications


  • Résumé

    Erosion Erosion processes are the major cause of failures in hydraulic earthworks such as levees and earth dams. They affect as well many structures including transport infrastructure embankments or foundations of bridge piers. Erosion phenomena are complex processes depending on multiple parameters. It is therefore essential to characterize them through direct measurements. Two principal mechanisms of erosion are generally distinguished on earthworks: internal erosion and overtopping. Dispersivity of the soil is also an important factor in these processes. The present work studies these phenomena using three experimental devices: the Hole Erosion Test (HET), which examines the enlargement of a circular channel simulating internal erosion (piping), the Mobile Jets Erosion Test (MoJET) that erodes the by jets perpendicularly to soil surface by analogy to surface erosion and the Enhanced Crumb Test (ECT) which quantifies the disintegration potential of a soil texture in the absence of mechanical loads. In the first part, we were interested in developing and improving these three experimental devices, their testing protocol and interpretation methods for a more relevant application on earthworks. Thus, for the HET, a new interpretation method independent of the hydraulic flow is proposed. The device has also been adapted to perform tests on undisturbed soil samples and the ranges of stresses have been extended to make the test applicable from highly sensitive sediments to highly resistant soils. The MoJET device was used to perform series of tests on problematic earthworks with a revised procedure. At last, the Crumb Test has been enhanced to perform quantitative monitoring of disaggregation of soil specimens in water and a protocol has been defined for conducting tests on reconstituted or undisturbed soil specimens. In the second part, the different test methods were applied to two practical studies. The first study focuses on the application of lime treatment to hydraulic earthworks. It has been found through series of tests in the laboratory and on experimental earthworks that the application of such treatment technique reduces significantly the sensitivity to erosion of soils. The second study examined the influence of water salinity (pore water or eroding/permeant water) on erosion and dispersion. The use of different tests led to discuss the influence of several parameters and characterize the behavior of soils in various aspects of erosion processes


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