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Informations
Publié par | Thesee |
Nombre de lectures | 61 |
Langue | Français |
Poids de l'ouvrage | 10 Mo |
Extrait
ÉCOLE CENTRALE DES ARTS
ET MANUFACTURES
« ÉCOLE CENTRALE PARIS »
THÈSE
présentée par
Tatiana MAISON
pour l’obtention du
GRADE DE DOCTEUR
Spécialité : Géologie / Géotechnique
Laboratoire d’accueil : Mécanique des Sols, Structures et Matériaux (MSSMat)
SUJET : Analyse à l’échelle microscopique des phénomènes d’humectation et de
dessiccation des argiles
Soutenue le : 17 janvier 2011 devant un jury composé de :
Mr Félix DARVE (INPG-France) Examinateur
Mr Jean-Pierre MAGNAN (LCPC-France) Examinateur
Mr Enrique E. ROMERO MORALES (UPC-Espagne) Examinateur
Mr Pierre DELAGE (ENPC-France) Rapporteur
Mr Lyesse LALOUI (EPFL-Suisse) Rapporteur
Mr Jean-Marie FLEUREAU (ECP-France) Directeur de thèse
Mr Farid LAOUAFA (INERIS-France) Co-directeur de thèse
2011 – ECAP0004
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"Le danger, ce n'est pas ce qu'on ignore, c'est ce que
l'on tient pour certain et qui ne l'est pas."
Mark Twain
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tel-00594238, version 1 - 19 May 2011REMERCIEMENTS
Je tiens tout d’abord à remercier Monsieur Jean-Marie Fleureau, professeur à l’Ecole Centrale
Paris (ECP), et Monsieur Farid Laouafa, ingénieur de recherche à l’Institut National de
l’Environnement Industriel et des Risques (INERIS), d’avoir assuré la direction de ma thèse
et de m’avoir suivi sur les chemins à peine explorés de la microscopie électronique
environnementale appliquée aux argiles.
Je remercie Monsieur Pierre Delage, Directeur de Recherche à l’Ecole Nationale des Ponts et
Chaussées (ENPC), et Monsieur Lyesse Laloui, Directeur du Laboratoire de Mécanique des
Sols de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), pour avoir bien voulu accepter
la tâche de rapporteur de ce manuscrit.
Je remercie également Monsieur Félix Darve, Professeur au Laboratoire 3S-R et président de
ce jury, Monsieur Jean-Pierre Magnan, Professeur au Laboratoire Central des Ponts et
Chaussées (LCPC), et Monsieur Enrique Romero-Morales, Directeur du laboratoire de
géotechnique de l’Université Polytechnique de Catalogne (UPC) d’avoir accepté d’être
membres du jury.
Je remercie Monsieur Mehdi Ghoreychi, directeur de la Direction des Risques du Sol et du
Sous-sol de l’INERIS, pour m’avoir accueillie au sein de sa direction pendant ces années de
thèse.
J’ai une pensée particulière pour Monsieur Jean-Bernard Kazmierczak, responsable de l’Unité
des Risques Naturels, Ouvrages et Stockages, qui a toujours poussé et défendu ces recherches
contre vents et marées, et qui, comble de malchance, fût dans de lointaines contrées le jour de
la soutenance.
Je suis reconnaissante à Monsieur Patrice Delalain, initiateur de la microscopie électronique
environnementale à l’INERIS, de m’avoir formée à cette technique exigeante, de m’en avoir
montré toute son étendue et ses possibilités novatrices, de m’avoir toujours soutenu dans mes
idées d’essais et de développements et de m’avoir montré que : « Là où il y a une volonté, il y
a un chemin ».
Je remercie vivement l’ensemble du personnel de la Direction des Risques du Sol et du Sous-
Sol à l’INERIS, dont la bonne humeur, l’entrain et le bon esprit ont rendu ces années de thèse
particulièrement agréables, dans les bons moments comme dans les autres…
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tel-00594238, version 1 - 19 May 2011TABLE DES MATIERES
1. INTRODUCTION ..................................................................................................................................... 16
2. ETAT DES CONNAISSANCES SUR LE RETRAIT-GONFLEMENT DES SOLS ARGILEUX .... 22
2.1 LES ARGILES .......................................................................................................................................... 26
2.1.1 Structure d’une argile ................... 26
2.1.2 Texture d’une argile ...................... 27
2.1.3 Principales argiles ........................................................................................................................ 28
2.1.4 Surface spécifique et capacité de fixation ..................... 30
2.2 L’EAU, L’AIR ET L’ARGILE 32
2.2.1 Introduction sur les différents couplages ...................... 32
2.2.2 Adsorption-désorption ................................................................................................................... 34
2.2.3 Humidification et gonflement ........ 37
2.2.4 Teneur et potentiel de l’eau ........... 45
2.2.5 Relation entre la succion et l’humidité relative : courbe de rétention .......................................... 48
2.3 OBSERVATIONS AU MEBE ..................................................................................... 56
2.3.1 Comportement visco-hydro-mécanique de la craie : étude expérimentale microscopique (Nguyen,
2009) 57
2.3.2 Etude de la localisation de l’eau dans la structure poreuse par comparaison de quatre sols
(Ferber, 2005) ............................................................................................................................................. 59
2.3.3 Etude expérimentale de la sorption d’eau et du gonflement des argiles par MEBE et analyse
digitale d’images (Montes-H., 2002) ........... 60
2.3.4 Comparaison du retrait-gonflement de deux argiles à l’échelle microscopique (MEBE) et
mésoscopique (laboratoire) (Romero & Simms, 2008) ............................................................................... 62
2.4 CARACTERISATIONS EXPERIMENTALES .................................. 64
3. ARGILES ETUDIEES .............................................................................................. 67
3.1 MONTMORILLONITE GRECQUE ............................................................................................................... 67
3.1.1 Géologie du site ............................. 67
3.1.2 Caractérisation minéralogique et géotechnique ........... 69
3.1.3 Comportement « hydrique » .......... 71
3.1.4 Synthèse des caractéristiques de la montmorillonite grecque ....................................................... 72
3.2 ARGILE VERTE DE ROMAINVILLE ........................................................................... 74
3.2.1 Géologie du site ............................................................. 74
3.2.2 Caractérisation minéralogique et géotechnique ........................................... 75
3.2.3 Essais par diffraction des rayons X (DRX) ................... 78
3.2.4 Comportement « hydrique » .......................................................................... 78
3.2.5 Essais de caractérisation géotechnique de laboratoire ................................ 80
3.2.6 Synthèse des caractéristiques de l’argile verte de Romainville .................................................... 82
4. METHODES EXPERIMENTALES ........................................................................ 83
4.1 MICROSCOPE ELECTRONIQUE A BALAYAGE ENVIRONNEMENTAL (MEBE) ........................................... 83
4.1.1 Principe du MEBE ........................................................................................ 83
4.1.2 Modélisation du champ thermique au sein d’un échantillon ......................................................... 86
4.1.3 Modélisation de l’effet du scotch carbone sur l'intensité de la déformation surfacique ............... 91
4.1.4 Platine de refroidissement (Platine Peltier) .................. 93
4.1.5 Avantages et inconvénients du MEBE ........................................................... 95
4.2 DEVELOPPEMENT D’UN SYSTEME DE MICRO-PESEE DANS LE MEBE ...................................................... 96
4.2.1 Introduction ................................................................... 96
4.2.2 Démarche générale du développement expérimental et de l’essai ................ 97
4.2.3 Principe de l’essai ......................................................... 99
4.2.4 Protocole d’essai ................................ 100
4.2.5 Avantages et inconvénients de la méthode .................. 101
4.2.6 Validité des conditions expérimentales ....................... 101
4.2.7 Exemple de résultats.................................................................................... 103