Comportement des sédiments marins de grande profondeur : approche multiéchelle, Behaviour of deep sea sediments : multiscale approach

Tammam Hammad

Description

Sous la direction de Jean-Marie Fleureau, Mahdia Hattab
Thèse soutenue le 01 novembre 2010: Ecole centrale Paris
Une analyse expérimentale approfondie avec une approche micro macro a été réalisée sur un matériaucomposé d’un mélange d’argile Kaolinite/Smectite. L’étude a permis de montrer à l’échelle macroscopiquecomme à l’échelle microscopique un comportement particulièrement sensible à la proportion de smectitedans le mélange. La kaolinite (Kaolinite P300) est bien connue du point de vu de sa caractérisation et deson comportement, la smectite (également nommée argile grecque) est de type calcique et a égalementfait l’objet de plusieurs études.Dès 35% de smectite dans le mélange, les résultats sur chemin triaxial montrent que le comportementapproche considérablement celui de la smectite. Par ailleurs, l’investigation à l’échelle microscopique (aumoyen de Microscope Electronique à Balayage complétée par une analyse de diffractions des rayons X)réalisé sur les échantillons après l’essai, met en évidence le fait que, lorsqu’elle dépasse un certain seuil, lafraction en smectite favorise le développement de plans de glissement. Ces plans apparaissent clairementsous forme de groupes de particules de smectite orientées.L’analyse microstructurale utilisée est basée sur une méthode rigoureuse, développée dans le cadre decette thèse, avec un traitement d’images automatisé permettant de fournir des résultats quantitatifs.Cette démarche d’investigation multi‐échelles a été employée afin caractériser le comportement d’unsédiment marin prélevé au large de Golfe de Guinée par 700 m de profondeur d’eau. L’étude, initialementmenée dans le cadre du projet CLAROM (2002‐2005), intéresse l’industrie Offshore. Le sédiment naturelcontient jusqu’à 60% de proportion argileuse avec approximativement 15% de smectite et 50% dekaolinite.
-Sédiments marins de grandes profondeurs
-Essai triaxial
-Microstructure
A thorough experimental analysis with a micro macro approach was performed on a material composed ofa mixture of Kaolinite / Smectite clays. The study showed at macroscopic scale as the microscopic scalethat the behaviour is particularly sensitive to the proportion of smectite in the mixture. Kaolinite(Kaolinite P300) is well known from the point of view of characterization and behaviour, smectite (also called Greek clay) is a calcic type and was also the subject of several studies.From 35% of smectite in the mixture, the results show that the behaviour on triaxial path approachconsiderably to that of smectite. Furthermore, investigation on the microscopic level (using scanningelectron microscope supplemented by X‐ray diffraction analysis) performed on the samples after the testshows that, if it exceeds a certain threshold, the smectite fraction promotes the development of slipplanes. These plans are evident as oriented groups of particles of smectite.The used microstructural analysis is based on a rigorous method, developed in the context of this thesis,with an automated image processing to provide quantitative results.This multi‐scale investigation has been used to characterize the behaviour of a marine sediment taken ofGulf of Guinea by 700 m water depth. The study, originally conducted in the CLAROM project (2002‐2005), interested to the offshore industry. The natural sediment contains up to 60% proportion of claywith approximately 15% smectite and 50% kaolinite.
-Deep marine sediments
-Triaxial tests
-Microstructure
Source: http://www.theses.fr/2010ECAP0035/document

Informations

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• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 63 Mo

Extrait

 
 
THESE 
UMR 8579    

Présenté par 
 
Tammam HAMMAD 
 
Pour l’obtention du 
 
Grade de docteur de l’Ecole Centrale de Paris 
 
Spécialité : Géotechnique 
Laboratoire d’accueil : MSS – MAT CNRS UMR N° 8579 
   
 
 
COMPORTEMENT DES SEDIMENTS MARINS DE GRANDE  
PROFONDEUR : APPROCHE MULTI ­ ECHELLE 
 
Sera soutenue devant le jury composé de :  
 
Irini Djeran ‐ Maigre  Rapporteur 
Pierre ‐Yves Hicher 
Jacques Desrues  Examinateur  
Kun Su  Examinateur 
Enrique Romero ‐ Morales  Examinateur 
Jean ‐ Marie Fleureau  Directeur de thèse 
Mahdia Hattab  Directeur de thèse 
2010­11 
Ecole Centrale Paris 
Grande Voie des Vignes – 92295‐ Châtenay ‐ Malabry 
tel-00559400, version 1 - 25 Jan 2011
tel-00559400, version 1 - 25 Jan 2011Résumé  
 
 
Une  analyse  expérimentale approfondie  avec  une  approche  micro  macro  a  été  réalisée  sur  un  matériau 
composé d’un mélange d’argile Kaolinite/Smectite. L’étude a permis de montrer à l’échelle macroscopique 
comme à l’échelle microscopique un comportement particulièrement sensible à la proportion de smectite 
dans le mélange. La kaolinite (Kaolinite P300) est bien connue du point de vu de sa caractérisation et de 
son comportement, la smectite (également nommée argile grecque) est de type calcique et a également 
fait l’objet de plusieurs études. 
Dès  35%  de  smectite  dans  le  mélange,  les  résultats  sur  chemin  triaxial  montrent  que  le  comportement 
approche considérablement celui de la smectite. Par ailleurs, l’investigation à l’échelle microscopique (au 
moyen de Microscope Electronique à Balayage complétée par une  analyse de diffractions des rayons X) 
réalisé sur les échantillons après l’essai, met en évidence le fait que, lorsqu’elle dépasse un certain seuil, la 
fraction en smectite favorise le développement de plans de glissement. Ces plans apparaissent clairement 
sous forme de groupes de particules de smectite orientées. 
L’analyse  microstructurale  utilisée  est  basée  sur  une  méthode  rigoureuse,  développée  dans  le  cadre  de 
cette thèse, avec un traitement d’images automatisé permettant de fournir des résultats quantitatifs. 
Cette  démarche  d’investigation  multi‐échelles  a  été  employée  afin  caractériser  le  comportement  d’un 
sédiment marin prélevé au large de Golfe de Guinée par 700 m de profondeur d’eau. L’étude, initialement 
menée dans le cadre du projet CLAROM (2002‐2005), intéresse l’industrie Offshore. Le sédiment naturel 
contient  jusqu’à  60%  de  proportion  argileuse  avec  approximativement  15%  de  smectite  et  50%  de 
kaolinite. 
 
 
 
Mots Clés : Sédiments marins de grandes profondeurs, Mélanges smectite – kaolinite, Microstructure, 
Essai triaxial, Porosimètre au mercure (PAM) et Microscope Electronique à Balayage (MEB) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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tel-00559400, version 1 - 25 Jan 2011Abstract 
 
 
A thorough experimental analysis with a micro macro approach was performed on a material composed of 
a mixture of Kaolinite / Smectite clays. The study showed at macroscopic scale as the microscopic scale 
that the behaviour is  particularly sensitive to  the  proportion  of  smectite  in  the  mixture.  Kaolinite 
(Kaolinite P300) is well known from the point of view of characterization and behaviour, smectite (also 
called Greek clay) is a calcic type and was also the subject of several studies. 
 
From 35% of smectite in the mixture, the results show that the  behaviour  on  triaxial  path  approach 
considerably  to  that  of  smectite.  Furthermore,  investigation  on the microscopic level (using scanning 
electron microscope supplemented by X‐ray diffraction analysis) performed on the samples after the test 
shows  that,  if  it  exceeds  a  certain  threshold,  the  smectite  fraction  promotes  the  development  of  slip 
planes. These plans are evident as oriented groups of particles of smectite. 
 
The used microstructural analysis is based on a rigorous method, developed in the context of this thesis, 
with an automated image processing to provide quantitative results. 
This multi‐scale investigation has been used to characterize the behaviour of a marine sediment taken of 
Gulf  of  Guinea  by  700  m  water  depth.  The  study,  originally  conducted  in  the  CLAROM  project  (2002‐
2005),  interested to  the  offshore  industry.  The  natural  sediment  contains  up  to  60%  proportion  of  clay 
with approximately 15% smectite and 50% kaolinite. 
 
 
Keywords: Offshore,  Deep marine  sediments, Microstructure, Triaxial  tests,  Mercury  intrusion 
porosimetry (MIP), Scanning Electron Microscopy (SEM) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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tel-00559400, version 1 - 25 Jan 2011TABLES DES MATIERES 
 
Introduction générale……………….……………………………………………………..…...  1 
 
Chapitre 1: étude multi échelle du comportement des argiles 
naturelles et remaniées  
 
1. PROPRIETES ET COMPORTEMENT MECANIQUE 
1.1. INTRODUCTION……………………………………………..………………