Une analyse d’images pour l'identification microstructurale en 3D d’un kaolin saturé sous chargement mécanique

Microstructure identification (2D/3D) of clayey media under mechanical loading

• Auteur / Autrice : Yanzheng Ding
• Direction : Mahdia Hattab, Mohamad Jrad
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 29/03/2023
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale C2MP - Chimie mécanique matériaux physique (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux (Metz ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierre-Yves Hicher
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mahdia Hattab, Mohamad Jrad, Hanène Souli, Rafik Belarbi, Fares Bennai
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hanène Souli, Rafik Belarbi
• DOI : 10.70675/fc161348zb5dcz426cz8208z35180b93e47c

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microstructure (physique)

Argile

Propriétés mécaniques

Propriétés physico-chimiques

Poroélasticité

Microscopie électronique à balayage

Imagerie tridimensionnelle

Mots clés libres

Microstructure

Argile remaniée

Chemin triaxial

Chemin œdométrique

Lyophilisation

Sonde Ionique Focalisée (FIB)

Porosimétrie au Mercure (PAM)

Traitement d‘images

Reconstruction 3D

Morphologie

Orientation des particules

Mécanismes locaux

Microstructure

Remolded clay

Triaxial loading path

Oedometer loading path

Lyophilization

Focused Ion Beam (FIB)

Mercury Intrusion Porosimetry (MIP)

Image processing

3D reconstruction

Morphology

Particle orientation

Local mechanisms

Résumé

L'étude de la microstructure des argiles remaniées et saturées est cruciale pour la compréhension de leur comportement mécanique et des mécanismes de déformations volumiques. Cette thèse vise à identifier en 3D les mécanismes locaux qui s'activent au niveau de la microstructure en lien avec le chargement mécanique des milieux argileux. D'abord le comportement mécanique du Kaolin K13 est étudié à l'échelle de l'éprouvette sur deux chemins de chargement : œdométrique et isotrope. Ensuite, un protocole d'observation a été mis en place pour l'acquisition des images tridimensionnelles en utilisant la microscopie électronique à balayage (MEB) couplée à la Sonde Ionique Focalisée (FIB). La reconstitution des images obtenues par FIB-MEB nous permet d'accéder à la géométrie 3D d'un sous volume de l'échantillon. La deuxième partie consiste à développer une approche d'analyse quantitative en 3D permettant d'identifier les propriétés de la microstructure sur les différents chemins de chargement étudiés. La morphologie des pores est étudiée en utilisant les paramètres : flatness, élongation et sphéricité. L'orientation des pores et des particules a été d'abord identifier sur des images 2D représentants des coupes dans l'échantillon et étendue au 3D sur l'ensemble du volume et ceci sur les deux chemins de chargement. Les résultats obtenus dans le cadre de ce travail de thèse ont permis de mettre en évidence l'apport des images 3D à la compréhension de la microstructure des argiles remaniées saturées.

AbstractMicrostructure investigation is essential for a better understanding of the mechanical behaviour and volumetric deformation mechanisms of remolded and saturated clays. The goal of this thesis is to identify in 3D the local mechanisms which can be activated at the microstructural level in relation to the mechanical loading of clayey meida. The mechanical behaviour of Kaolin k13 is firstly studied at on two loading paths - oedometric and isotropic. Then, an observation protocol was established for the acquisition of three-dimensional images using Scanning Electron Microscopy (SEM) coupled with Focused Ion Beam (FIB). The reconstruction of the images obtained by FIB-SEM allows us to study the 3D geometry of a sub-volume of the sample. The second part consists of developing a quantitative analysis approach in 3D to identify the microstructure properties on different loading paths. The pore morphology is studied using parameters such as flatness, elongation, and sphericity. The orientation of the pores and particles was first identified on 2D images representing cross-sections in the sample and extended to 3D throughout the entire volume for both loading paths. The results obtained in this thesis highlight the contribution of 3D images for a better understanding of the microstructure of saturated remolded clays.