Etude expérimentale de la perméabilité du béton sous conditions thermiques et hydriques variables

Cette thèse a permis d'étudier la perméabilité du béton sous conditions thermiques et hydriques variables, ainsi que l'effet de fissuration. Nombreux essais (mesures de saturation et perméabilité, essai de compressions uniaxiales et triaxiales et hydrostatiques) ont été menés afin d'évaluer l'influence de la température et de la saturation sur le comportement hydraulique du béton sain et microfissuré. En parallèle, un dispositif de mesure de la perméabilité sur béton macro fissuré permet d'étudier le comportement d'une macro-fissure de béton confinée et soumise à écoulement de gaz sec ou l'air très humide à différentes températures. Les essais mécaniques multiaxiaux sont couplés aux mesures de perméabilité sur béton sain et micro-fissuré par gel-dégel, qui permet d'évaluer la perméabilité sous charge déviatorique et l'effet de préfissuration sous contrainte. Nous avons également effectué un essai de perméabilité relative du béton en fonction de la saturation en eau, soumis à la dessiccation ou à la resaturation, en conditionnant par les différentes humidités relatives imposéesThe main objective of this study is to evaluate the variable thermal and hydric effect, with fissuration effect on the hydraulic behaviour of two concretes. Many experimental tests (saturation and permeability measurements, uniaxial and triaxial compressions tests) were carried out in order to investigate the temperature and saturation influence on the behaviour hydraulic on sound and micro-cracked concrete. Moreover, an experimental device for permeability measurement on macro-cracked concrete was realized, it allows to study the behaviour of macro-cracked of concrete confined and subjected to dry gas flow or very moist air at different temperatures. Multiaxial mechanical tests are coupled to the permeability measurements of sound concrete and micro-cracked by freezing and thawing, which allow to measuring the permeability under deviatoric load-unload with the effect of pre-cracking under stress. We also effectuated a test of relative permeability of concrete as a function of water saturation, subjected to drying and resaturation, conditioning by the different relative humidity imposedVILLENEUVE D'ASCQ-ECLI (590092307) / SudocSudocFranceF

Poro-mechanical properties evolution under hydrostatic stress after induced damage

For underground gas storage reservoir the stress state may be changed by cyclic injection and depletion of natural gas. The change of stress state may have a significant influence on the poro-mechanical properties of reservoir rocks. In this research the poro-mechanical properties evolution under hydrostatic stress after induced damage is investigated. At constant confining pressure deviatoric stress is maintained at a constant value (smaller than the peak stress value) and then unloaded to zero. Because of damage the material is thought to be transversely isotropic. Biot's coefficient in axial direction and lateral direction is measured when deviatoric stress is unloaded to zero. This procedure is repeated several times with cyclic loading-unloading of deviatoric stress (the value of deviatoric stress increased gradually). Generally, it is found that the Biot's coefficient in axial direction gradually decreased with the increase of cyclic numbers while the value in lateral direction gradually increased. The reason is that the induced micro-cracks are mainly oriented in the axial direction such as more irreversible micro-cracks will still exist with the increase in deviatoric stress since in lateral more and more micro-cracks will be compressed

Micromechanics Contribution to Coupled Transport and Mechanical Properties of Fractured Geomaterials

International audienceThis article is devoted to the modelling of interdependent mechanical and hydraulic behaviours of geomaterials in presence of a single through-wall fracture by means of micromechanics arguments. Experimental results of fractured concrete samples show non-linear evolutions for both mechanical and hydraulic behaviours with respect to confinement intensity. These non-linear responses are interpreted by the progressive closure of crack-like pores defining the pore volume of the fracture interfacial domain. Disregarding tortuosity effects, we adopt a 2D representation for these cracks. The key role of the fracture initial porosity is also emphasized. It allows to discuss the shape of the distribution of the local apertures distribution function classically used, intercepted here in terms of the distribution of initial crack–aspect ratio within the fracture domain. Application on fractured concrete samples shows the capability of the theoretical model to accurately reproduce the experimental results

Etanchéité de l'interface argilite-bentonite re-saturée et soumise à une pression de gaz, dans le contexte du stockage profond de déchets radioactifs

En France, le système de stockage profond de déchets radioactifs envisagé est constitué d une barrière naturelle (roche hôte argileuse, argilite) et de barrières artificielles, comprenant des bouchons d argile gonflante (bentonite)-sable pour son scellement. L'objectif de cette thèse est d étudier l efficacité du gonflement et du scellement des bouchons placés dans l argilite, sous l effet, à la fois, d une pression d eau et d une pression de gaz (tel que formé dans le tunnel). Pour évaluer la capacité de scellement du bouchon bentonite/sable partiellement saturé en eau, on a évalué sa perméabilité au gaz Kgaz sous pression de confinement variable (jusqu à 12MPa). L'étanchéité au gaz (Kgaz =9MPa si la saturation est d au moins 86-91%. Par ailleurs, nous avons évalué le gonflement et l'étanchéité du bouchon de bentonite-sable imbibé d eau dans un tube d argilite ou de Plexiglas-aluminium lisse ou rugueux. La présence de gaz diminue la pression effective de gonflement (et la pression de percée de gaz) à partir d une pression Pgaz= 4 MPa. Après saturation complète en eau, l écoulement continu de gaz au travers du bouchon seul se fait à Pgaz=7-8MPa s il dispose d une interface lisse avec un autre matériau (tube métallique), alors que celui au travers de l ensemble bouchon/argilite a lieu à Pgaz=7-7,5MPa. Le passage à travers le bouchon gonflé au contact d une interface rugueuse se fait à une pression de gaz bien supérieure à la pression de gonflement du bouchon. Les essais de percée de gaz montrent que l'interface et l'argilite sont deux voies possibles de migration de gaz lorsque l ensemble bouchon/roche hôte est complètement saturéIn France, the deep underground nuclear waste repository consists of a natural barrier (in an argillaceous rock named argillite), associated to artificial barriers, including plugs of swelling clay (bentonite)-sand for tunnel sealing purposes. The main objective of this thesis is to assess the sealing efficiency of the bentonite-sand plug in contact with argillite, in presence of both water and gas pressures. To assess the sealing ability of partially water-saturated bentonite/sand plugs, their gas permeability is measured under varying confining pressure (up to 12MPa). It is observed that tightness to gas is achieved under confinement greater than 9MPafor saturation levels of at least 86-91%. We than assess the sealing efficiency of the bentonite-sand plug placed in a tube of argillite or of Plexiglas-aluminium (with a smooth or a rough interface). The presence of pressurized gas affects the effective swelling pressure at values Pgas from 4MPa. Continuous gas breakthrough of fully water-saturated bentonite-sand plugs is obtained for gas pressures on the order of full swelling pressure (7-8MPa), whenever the plug is applied along a smooth interface. Whenever a rough interface is used in contact with the bentonite-sand plug, a gas pressure significantly greater than its swelling pressure is needed for gas to pass continuously. Gas breakthrough tests show that the interface between plug/argillite or the argillite itself are two preferential pathways for gas migration, when the assembly is fully saturatedVILLENEUVE D'ASCQ-ECLI (590092307) / SudocSudocFranceF

Etude experimentale (valorisation de sediments fluviaux stabilises)

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Inertage et valorisation des sédiments de dragage marins

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Valorisation d'une craie du Nord de la France en assise de chaussée routière

Le manque de granulats de qualité dans certaines régions françaises tend à devenir un problème majeur pour les entreprises de travaux publics. En effet, avec une consommation annuelle de 200 millions de tonnes de granulats, la route se doit de faire face en imaginant de nouvelles solutions comme la valorisation de certains matériaux.La craie, située entre roche et sol, possède une place particulière dans le monde des travaux publics. En effet, si son usage est relativement bien maîtrisé en vue de la réalisation de remblais ou de couches de forme, il en est tout autrement des couches d assise de chaussées.Ce type de matériau est usuellement rejeté de la conception des assises de chaussées car il ne s insère pas dans les guides normatifs utilisés par les professionnels de la route. Les performances mécaniques et la grande sensibilité à l eau de ce matériau ne lui permettent pas d entrer dans les spécifications requises par les normes. Cependant, il est tout à fait envisageable que la craie trouve sa place de manière totale ou partielle en assise de chaussée.Ce matériau que l on trouve en abondance dans certaines régions françaises pauvres en granulats "haut de gamme" (Nord-Pas de Calais, Champagne-Ardenne ), pourrait ainsi palier un certain manque, participer à la préservation de ressources naturelles et économiser frais et pollution générés par un approvisionnement lointain.Ces travaux menés en partenariat entre le Laboratoire de Génie Civil de l Ecole Centrale de Lille et le Laboratoire Routier Eurovia de Loos ont donc pour but de proposer des pistes d amélioration des performances mécaniques de la craie en vue de sa valorisation en assise de chaussée routièreThe lack of high quality aggregates in some French regions seems to become a main issue for road work firms. With an annual consumption of 200 millions tonnes of aggregates, road professionals must square up finding new solutions like the valorisation of some forgotten materials. Between rock and soil, chalk has a particular position in road work. While its use is relatively well managed for the realisation of fills and subgrade courses, the same certainly cannot be said for base courses. This kind of material is usually rejected for the design of road base courses because it is not approved within the current standards used by road professionals. Indeed, the low mechanical performances and the high water sensibility of chalk do not allow this material to be used. However, it seems possible to find some pre-treatments to harden chalk for a use in road base courses.This material is found profusely in some French regions otherwise limited in upscale aggregates (Nord-Pas de Calais, Champagne-Ardenne ). Therefore, valorising chalk may overcome the lack of aggregates, contribute to the preservation of natural resources, save up money and avoid pollution due to distant supplying.The study presented here is conducted in partnership between the Ecole Centrale de Lille Civil Engineering Laboratory and the Eurovia Roadworks Laboratory of Loos. We provide several trails aimed at improving the mechanical properties of chalk for its use in road base coursesVILLENEUVE D'ASCQ-ECLI (590092307) / SudocSudocFranceF

Couplage comportement mécanique et dessiccation des matériaux à matrice cimentaire (étude expérimentale sur mortiers)

Connaître la portée des effets de la dessiccation sur le comportement mécanique des matériaux à matrice cimentaire revêt un grand intérêt parce que la majorité des structures en béton subit un séchage qui influe sur sa durabilité. L'objectif de ce travail est alors de comprendre ces effets de dessiccation par une étude expérimentale transversale. Dans ce but, deux mortiers de rapport E/C=0,5 et 0,8 ont été mis en oeuvre. Tous les essais ont été réalisés à la suite d'une maturation de six mois dans l'eau. L'étude expérimentale a été menée suivant deux axes: a) essais caractérisant le comportement différé et les propriétés de transport, b) essais caractérisant le comportement mécanique multiaxial à court terme. Le retrait de dessiccation en fonction de la perte en poids présente trois phases caractéristiques. La mesure de la perméabilité sur le mortier05 montre que la perméabilité des éprouvettes séchées puis fluées est plus grande que la perméabilité des éprouvettes séchées avant fluage, alors que celle des éprouvettes en fluage de dessiccation puis séchées reste sensiblement la même que cette dernière, malgré une déformation différée très importante. L'influence de la dessiccation sur la résistance aux compressions uniaxiale et déviatorique dépend de la nature du liant: pour une pâte de ciment de bonne qualité (E/C=0,5), les résistances augmentent avec la dessiccation sous l'effet de la dépression capillaire et des gradients hydriques. Pour une pâte de ciment de faible qualité (E/C=0,8), l'effet compétitif entre l'augmentation des microfissures induites et la rigidification de l'éprouvette bascule en faveur de la microfissuration, qui devient alors le paramètre régissant le processus de rupture. Le comportement élasto-plastique devient un comportement élasto-plastique endommageable pendant la dessiccation, qui conduit, de même que la diminution du rapport E/C, à une translation des surfaces limites élastiques et de ruptures vers des contraintes plus élevées. Parallèlement,les propriétés élastiques et le module d'incompressibilité se détériorent et les déformations volumiques augmentent avec le séchage. Enfin, la diminution du module d'Young et le passage à la troisième phase du retrait de dessiccation en fonction de la perte en poids coïncident. Nous attribuons ceci à la microfissuration induite: cette diminution du module d'Young pourrait également expliquer une part du fluage de dessiccation.LILLE1-BU (590092102) / SudocSudocFranceF

Valorisation des sediments fluviaux pollues apres inertage dans la brique cuite

VILLENEUVE D'ASCQ-ECLI (590092307) / SudocLILLE1-BU (590092102) / SudocSudocFranceF