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Influence des interactions eau-roche sur le comportement à long terme de cavités souterraines dans la craie
Le présent mémoire de thèse a pour but d'étudier le comportement visco-hydromécanique de la craie d'Estreux à la fois à l'échelle du site, de l'échantillon et de la microstructure dans le cadre du programme « vieillissement des massifs rocheux ». Premièrement, le suivi de l'instrumentation dans la carrière abandonnée d'Estreux a été réalisé à partir de février 2004. Le changement saisonnier mesuré dans la galerie avec ce suivi et en particulier l'hygrométrie (80% - 100%) a été reproduit pour les essais au laboratoire. Deuxièmement, une étude expérimentale a été menée sur les propriétés de rétention d'eau. Cette étude a montré que la variation d'humidité relative dans la carrière entre 80% et 100% pourrait saturer / désaturer la craie dans la galerie, au moins à la surface des piliers. C'est la raison pour laquelle, dans une troisième phase, la réponse mécanique de la craie partiellement saturée a été caractérisée à l'aide des essais oedométriques et triaxiaux à haute pression et à succion contrôlée. Le comportement visqueux de la craie a été également étudié par une campagne d'essai triaxial à différentes vitesses de chargement. Les résultats obtenus ont mis en évidence l'effet de la succion et de la vitesse de chargement sur le comportement mécanique de la craie: comme la succion, l'augmentation de la vitesse de chargement provoque une expansion du domaine élastique. Quatrièmement, ces phénomènes ont fait l'objet d'une comparaison à l'échelle microscopique. Après une étude sur la définition d'un protocole sur des observations au microscope électronique à balayage environnemental (MEBE), un système de succion contrôlée du module de chargement de compression/traction Microtest (Deben ®) installé dans la chambre d'observation du MEBE, a été développé. Ce système a permis l'étude du comportement visco-hydromécanique de la craie à l'échelle microscopique. Finalement, ce comportement a été modélisé en développant dans l'espace triaxial le modèle RASTRA (Rate of STRAin model) de De Gennaro & Pereira (2008). Ce modèle a permis de simuler l'effet de la succion ainsi que l'effet du temps.

2009-12-16
Science des matériaux, mécanique, génie mécanique
Ecole des Ponts ParisTech
craie – carrière – succion – courbe de rétention d'eau – comportement visco-hydromécanique – MEBE – microstructure – modélisation
Influence of water-rock interactions of the long-term behaviour of underground cavities in chalk
The present thesis aims to study the visco-hydro-mechanical behaviour of Estreux chalk through scale effects (in situ, the sample and the microstructure) for the research of “Aging phenomena of rock masses”. Firstly, one square pillar in Estreux abandoned underground mine has been continuously monitored since February 2004. These measurements allow reproducing the seasonal environmental changes (i.e. hygrometry ranges between 80 and 100%) for laboratory testing. Secondly, an experimental work on the water retention properties was performed. This study showed that changes of the relative humidity in the Estreux mine between 80% and 100% can generate important changes of the state of saturation of the Estreux chalk, at least at the surface of the pillar in contact with the relative humidity of the atmosphere. Therefore, in a third step the mechanical response of the partially saturated chalk has been characterized by running a series of high pressure controlled suction oedometer and triaxial tests. The viscous behaviour of the chalk has also been studied mainly by a campaign of triaxial test at different rates. The results showed the suction and rate effects on the mechanical behaviour of chalk: as the suction, the rate effect causes an expansion of the yield stress of chalk with increasing rate. Fourthly, these phenomena have been compared to the microscopic scale. After a study on the definition of a protocol on observations by an environmental scanning electron microscope (ESEM), a controlled suction system of a loading module compression / tensile Microtest (Deben ®) installed in the observation chamber of ESEM was developed. With this system, the visco-hydro-mechanical behaviour of chalk on a microscopic scale has been investigated. Finally, this behaviour was modelled by developing on triaxial space of RASTRA model (Rate if strain model) (De Gennaro & Pereira, 2008). This model was used to simulate both the suction and time effects.
chalk – quarriez – water retention – visco-hydro-mechanical behaviour – ESEM – microstructure – modelling
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