Hydro-mechanical coupling and transport in Meuse/Haute-Marne argillite : experimental and multiscale approaches
Couplage hydro-mécanique et transfert dans l'argilite de Meuse/Haute-Marne : approches expérimentale et multi-échelle
Résumé
This thesis deals with the hydro-mechanical behaviour of argillite. Classical Biot theory is shown to be badly adapted to the case of argillite. An original state equation is then built by use of homogenization tools, and takes into account the microstructure of argillite as well as physical phenomena happening inside the material, like the swelling overpressure inside the clay particles or the capillary effects in the porous network. This state equation explains some experiments which were not by the classical Biot theory. It is then improved by integrating the experimental data that are the dependancy of the elasticity tensor with the saturation degree and the existence of a porosity surrounding the inclusions. Combined with the monitoring of length variation under hydric loading, this relevant state equation permits one to determine the Biot tensor of argillite. Since this state equation is coupled with the hydric state of the material, one is interested in modelling the variation of the saturation degree during a drying process. Two transport models are studied and compared, then a model for the porous network is proposed in order to explain the unusual permeability measurements.
Ce mémoire s'intéresse au comportement hydro-mécanique de l'argilite. On montre que la théorie classique de Biot n'est pas du tout adaptée au cas de l'argilite. Une loi de comportement originale est alors construite grâce à des outils d'homogénéisation, en intégrant la microstructure de l'argilite et des phénomènes physiques existant aux échelles microscopiques, tels la surpression de gonflement au niveau des particules d'argile et les effets capillaires au niveau du réseau poreux. Cette loi de comportement permet d'expliquer tout un jeu d'expériences qui ne l'était pas par la théorie classique de Biot. Elle est ensuite enrichie pour intégrer les données expérimentales que sont la dépendance du tenseur d'élasticite au degré de saturation et la présence d'une porosité autour des inclusions. Cette loi de comportement pertinente, exploitée à partir du suivi dimensionnel d'échantillons sous chargement hydrique, permet de proposer une estimation pour le tenseur de Biot pour l'argilite. Afin d'alimenter cette équation d'état, on s'intéresse par ailleurs aux variations du degré de saturation d'un échantillon lors d'un séchage. Deux modèles de séchage sont étudiés et comparés, puis une modélisation du réseau poreux est proposée afin d'expliquer les mesures atypiques de perméabilité.
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