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LIENS




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http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php
http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm
INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE
Ecole Nationale Sup¶erieure de G¶eologie de Nancy
Laboratoire Environnement, G¶eom¶ecanique et Ouvrages
Ecole Doctorale RP2E
THESE
Pr¶esent¶ee µa l’I.N.P.L.
en vue de l’obtention du titre de
DOCTEUR DE L’INPL
en G¶enie Civil - Hydrosystµemes - G¶eotechnique
par
DO Duc Phi
Application des approches d’homog¶en¶eisation µa l’¶etude
des propri¶et¶es thermo-hydro-m¶ecaniques des roches.
Application aux argilites
Soutenue publiquement le 28 novembre 2008
devant la Commission d’Examen :
F. HOMAND Professeur, Institut National Polytechnique de Lorraine Pr¶esident du jury
H. DUMONTET Universit¶e Pierre et Marie Curie (Paris) Rapporteur
J. F. SHAO Professeur, Universit¶e des Sciences et Technologie de Lille Rapporteur
X. CHATEAU Charg¶e de recherche, HDR, LMSGC, Marne La Vall¶ee Examinateur
A. GIRAUD Professeur, Universit¶e de Metz Directeur de thµese
D. HOXHA Universit¶e d’Orl¶eans Co-Directeur de thµeseMis en page avec la classe thloria.A toute ma famille,
A toi, Anh Thu,
A la m¶emoire de ma mµere!
4Remerciements
Je tiens µa exprimer ma profonde reconnaissance µa toutes celles et tous ceux qui m’ont aid¶e
pendant les trois ann¶ees de thµese.
J’adresse tout d’abord mes gratitudes trµes sincµeres µa mon directeur de thµese Monsieur Albert
Giraud pour avoir accept¶e d’assurer la lourde t^ache de direction de cette thµese. Ses exp¶eriences
scientiflques et ses conseils ont ¶et¶e un soutien indispensable µa la r¶ealisation de ce travail. Je tiens
¶egalement µa remercier vivement mon co-directeur, Monsieur Dashnor Hoxha. La clart¶e et la jus-
tesse de ses raisonnements scientiflques ont ¶et¶e pour moi essentielles dans l’accomplissement de ce
travail. Je n’oublierai sans doute jamais ses encouragements et sa disponibilit¶e qui me permettent
de surmonter de nombreuses di–cult¶es durant le d¶eroulement de thµese.
Je voudrais adresser mes vifs remerciements µa Madame Fran»coise Homand, Professeur de l’INPL,
qui m’a accueilli au sein de son ¶equipe de recherche au LAEGO et a accept¶e d’^etre pr¶esidente de
mon jury.
Jetiensensuiteµaexprimermasincµerereconnaissanceauxrapporteurs,MadameH¶elµeneDumontet,
Professeur µa l’Universit¶e Pierre et Marie Curie (Paris VI), ainsi que Monsieur Jian-Fu Shao, Pro-
fesseur µa l’Universit¶e des Sciences et Technologie de Lille, pour leurs commentaires sur le m¶emoire
et leurs discussions lors de la soutenance qui ont ¶et¶e constructifs. Je voudrais remercier ¶egalement
Monsieur Xavier Chateau (Charg¶e de recherche, HDR, Universit¶e Marne La Vall¶ee) pour avoir
accept¶e d’examiner ce travail.
Un amical remerciement µa mes collµeges et amis doctorants pour leur disponibilit¶e , leur bonne
humeur et surtout, l’amiti¶e qu’ils m’ont prouv¶ee dans plusieurs situations : Vu, Na˜‡ma, Javad,
Cosmin, Truong, Tho, Bien, J¶erome^ , Vincent, Jon, Laurent,...
A toute ma famille, ma femme Anh Thu et mes amis qui m’ont ofiert leur soutien permanent, je
souhaite qu’ils trouvent ici la marque de ma grande reconnaissance.
5Remerciements
6R¶esum¶e
Application des approches d’homog¶en¶eisation µa l’¶etude des propri¶et¶es thermo-
hydro-m¶ecaniques des roches. Application aux argilites.
Le pr¶esent travail est consacr¶e µa l’¶etude du comportement thermo-hydro-m¶ecanique lin¶eaire et
non lin¶eaire des roches poreuses de type argilites par approche de changement d’¶echelle. A partir
des observations microstructurales de ces mat¶eriaux, un modµele conceptuel a ¶et¶e propos¶e. Dans
ce modµele, le volume ¶el¶ementaire repr¶esentatif du milieu h¶et¶erogµene est compos¶e d’une phase ma-
tricielle argileuse contenant des inclusions sph¶eriques de min¶eraux de quartz et de calcite et des
inclusions ellipso‡dales aplaties repr¶esentant l’espace poreux. Dans un premier temps, le proc¶ed¶e˜
delamod¶elisationa¶et¶eexploit¶eparlad¶eterminationdespropri¶et¶esefiectivesisotropesetisotrope
transversesdesargilites:laconductivit¶ethermiqueetlespropri¶et¶esthermo-hydro-m¶ecaniquecroi-
s¶ees.Enoutre,de nombreuses¶etudesnum¶eriquesontmisen¶evidencel’in uencedelamorphologie
de l’espace poreux, de la min¶eralogie et des sch¶emas d’estimation sur les r¶esultats pr¶edictifs. Dans
undeuxiµemetemps,nousavonsmod¶elis¶elecomportementm¶ecaniquenonlin¶eaire(¶elasto-plastique,
¶elasto-viscoplastique)desrochesargileuses.Lacomparaisonentrelessimulationsnum¶eriquesetles
r¶esultats exp¶erimentaux disponibles (essai de compression triaxiale, essai de uage) a conflrm¶e la
validation du modµele d¶evelopp¶e.
Mots-cl¶es : Milieux h¶et¶erogµenes, Argilites, Comportement thermo-hydro-m¶e¶ecanique lin¶eaire,
Comportement ¶elasto-plastique, Comportement ¶elasto-viscoplastique, Homog¶en¶eisation lin¶eaire,
Homog¶en¶eisation non lin¶eaire.
7R¶esum¶e
8Abstract
Applicationofhomogenizationapproachestothestudyofthethermo-hydro-mechanical
properties of rocks. Application to argilites.
The present work deals with the linear and non-linear thermo-hydro-mechanical behaviour of
porous rocks such as the argillite by the multiscale modelling approach. Based on microstruc-
ture observations, a conceptual model was proposed. In this model, the representative elementary
volume of a heterogeneous medium is composed of an argillaceous matrix containing spherical in-
clusions of minerals quartz and calcite and ellipsoidal inclusions representing the pore space. In a
flrststep,theprocessofmodellinghasbeenexploitedbydeterminingtheisotropicandtransversely
isotropic efiective properties of the argillite : thermal conductivity and thermo-hydro-mechanical
properties. Furthermore, many numerical studies have highlighted the in uence of the morphology
of the pore space, of the mineralogy and of the estimate schemes to the predictive results. In a
second step, we modelled the non linear mechanical behaviour (elasto-plastic, elasto-viscoplastic)
of argillaceous rocks. The comparison between numerical simulations and available experimental
results (triaxial compression test, creep test) conflrmed the validation of the model developed.
Key-words:Argilites,Heterogeneousmedium,Linearthermo-hydro-mechanicalbehaviour,Elasto-
plastic behaviour, Elasto-viscoplastic behaviour, Linear and non linear homogenization.
9Abstract
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