Investigation Expérimental et Numérique sur l’Endommagement des Grains d’un Sable soumis à des Fortes Contraintes : Effet de Fluage

MESSIOUD, Seyf Eddine (2025) Investigation Expérimental et Numérique sur l’Endommagement des Grains d’un Sable soumis à des Fortes Contraintes : Effet de Fluage. Doctoral thesis, Faculté des Sciences et de la technologie.

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Abstract

Les matériaux granulaires, qu'ils soient d'origine naturelle (tels que les sables et les graviers) ou artificielle (comme le ballast et les enrochements), trouvent des applications variées dans des domaines tels que l'ingénierie civile, l'industrie pharmaceutique et l'exploitation minière. Lorsqu'ils sont soumis à une charge externe, leur réponse macroscopique est le reflet de modifications qui se produisent à l'échelle microscopique au niveau des particules. Des phénomènes tels que les glissements de terrain, qui résultent de ruptures au niveau des particules, illustrent l'influence significative de ces changements microscopiques sur le comportement global des matériaux granulaires. Cette observation justifie l'intérêt croissant pour l'étude des mécanismes de rupture des particules, un domaine clé de recherche en géomécanique. L'objectif de cette thèse est d'étudier l'impact du phénomène de rupture des grains sur l'évolution des propriétés microstructurales, telles que la porosité, la surface spécifique et la distribution de la taille des pores. Cette étude s'intéresse également à l'évolution des propriétés micro-mécaniques de contact, notamment le nombre de coordination et la surface de contact entre les particules. Dans ce cadre, des essais oedométriques à haute pression ont été réalisés sur un sable carbonaté soumis à différents niveaux de contrainte. Ces essais ont été suivis d'analyses granulométriques et de mesures de perméabilité pour chaque niveau de contrainte appliqué. La tomographie aux rayons X a été utilisée dans cette étude pour obtenir des images tridimensionnelles (3D) d’échantillons de sable carbonaté, un matériau granulaire, soumis à des essais oedométriques sous haute pression. Quatre acquisitions par tomographie aux rayons X ont été réalisées sur le même échantillon à différents niveaux de contrainte appliquée, correspondant à 0, 2,5, 5 et 10 MPa. Les résultats de l'analyse des images 3D obtenues par tomographie aux rayons X révèlent une diminution de la porosité et de la taille moyenne des pores, ainsi qu'une augmentation de la surface spécifique. Par ailleurs, l'accroissement de la charge entraîne une augmentation de la surface de contact due à la fragmentation des particules, atteignant une hausse de 14,18 % sous une contrainte de 10 MPa. Le nombre de coordination est influencé par le mode de rupture des partcules et la taille et la fragilité des grains : les particules plus grosses présentent un nombre de coordinations élevé, contrairement aux fragments plus petits. Pour les grains intacts, ce nombre augmente avec la charge appliquée. Cette évolution, combinée à une Résumé III surface de contact accrue, contribue à renforcer la résistance de l'échantillon face aux contraintes de cisaillement et de compression. Les résultats obtenus ont permis d'établir une relation empirique entre l'indice de vide et la surface spécifique (SSA). Cette relation peut être exploitée pour relier les propriétés microstructurales (surface spécifique) aux caractéristiques macroscopiques (indice de vide), ou inversement

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