En
étant attaché temporaire d‘enseignement et de
recherche (ATER, 2005-2007), j’ai poursuivi mes recherches dans
le cadre du projet national de l’ANR intitulé ERINOH (ERosion Interne des Ouvrages Hydrauliques) en collaboration avec les laboratoires participants au projet (CEMAGREF, LCPC, LMPG, LIRIGM).
II.Activités de recherche en
tant qu’ ATER (2005-2007) :
L’équipe
de recherche du laboratoire GeM participe au projet ERINOH
financé par l’Agence Nationale de la Recherche. Dans le
cadre de ce projet, qui a débuté durant ma
première année d’ATER, j’ai participé
à la réalisation d’une étude
expérimentale paramétrique sur l’un des
phénomènes d’érosion interne : la suffusion.
Les échantillons testés sont de deux types : naturels et
reconstitués à partir de mélanges de sables et
d’argiles. Cette étude est menée en collaboration
avec les laboratoires partenaires du projet (CEMAGREF, LCPC, LMPG,
LIRIGM) et permet notamment une confrontation des résultats
obtenus avec les différents appareillages pour les
différents phénomènes mis en jeu. L’objectif
de ces études est la proposition de lois d’érosion,
étape préalable à la modélisation de ces
phénomènes.
Avec l’équipe du GeM, nous avons réalisé des essais à l’aide du
prototype conçu durant ma thèse, sur des échantillons (5 cm de diamètre
et 5 à 10 cm de hauteur) sous un confinement triaxial. Au cours de
l’écoulement, la mesure des variations volumiques induites des
échantillons et celle de la quantité de particules (argile et sable)
érodées sont réalisées continûment et de manière automatique.
Nous avons également développé un autre prototype de plus grande
dimension qui permet de tester des échantillons de 30 cm de diamètre et
de 60 cm de hauteur, en ayant la possibilité de suivre l’évolution de la
densité des échantillons à l’aide d’un banc gamma densimétrique asservi
III.Doctorat de Génie Civil (2002-2005)
« Influence des interactions mécaniques eau-sol sur l’érosion
interne »
L’érosion interne est
l’une des principales causes des instabilités d’ouvrages hydrauliques en
terre (digue, levée, barrage …). Les désordres constatés sur des
ouvrages récents soulignent la nécessité d’une meilleure compréhension
et quantification des phénomènes qui régissent l’érosion interne.
L’entraînement et le transport de grains par les écoulements internes
affectent la distribution granulométrique, modifient la porosité ainsi
que les caractéristiques mécaniques et hydrauliques. L’actuelle
méconnaissance de ces phénomènes dans les sols sablo-argileux, très
fréquents dans les ouvrages, nous a conduit à privilégier l’étude du
comportement de ces milieux.
Une étude préliminaire de visualisation et de quantification de
l’influence de quatre paramètres (poids volumique, gradient hydraulique,
pourcentage d’argile et ouverture des pores du filtre) nous a permis
d’une part de valider leur choix et d’autre part de définir un protocole
et un prototype expérimentaux adaptés. Le banc expérimental ainsi
réalisé, permet de consolider et de confiner les échantillons en évitant
tout écoulement parasite.
Les échantillons ont été soumis à un écoulement descendant sous
gradient hydraulique constant. L’acquisition des données est automatisée
afin de suivre continûment le débit d’eau injecté, les variations
volumiques des échantillons, la masse et la concentration d’argile de
l’effluent. Après validation de l’expérimentation par reproduction puis
confrontation avec une étude présente dans la littérature, nous avons
réalisés des essais paramétriques. Ces expérimentations ont mis en
évidence l’existence d’un seuil de gradient hydraulique pour la
suffusion d’une fraction de l’argile, qui s’accroît avec le pourcentage
d’argile et la pression de confinement.
Nous avons constatés l’existence d’un second seuil au delà duquel la
migration d’argile s’accompagne de l’érosion régressive de sable, ce qui
induit un renard et finalement l’effondrement de l’échantillon. Ce seuil
augmente avec le pourcentage d’argile mais décroît avec la pression de
confinement. L’influence des caractéristiques du sable sur le renard a
également été mise en évidence.
Nous avons proposé une première modélisation numérique 1D de la
suffusion qui permet de représenter l’évolution de la concentration en
argile de l’effluent et de la masse érodée.
Ce travail a également permis d’ouvrir d’intéressantes perspectives
de recherche théorique et expérimentale sur l’érosion interne.
IV. DEA de
Génie Civil (2001-2002) « Influence de l'écoulement sur
la résistance des sols : étude expérimentale préliminaire »
Les objectifs de cette étude ont été multiples : identifier une
méthodologie d'essais et des montages expérimentaux adaptés à notre
problématique, mieux comprendre l'érosion interne et la variation de
résistance au cisaillement induite par cette érosion.
L’étude préliminaire a permis tout d’abord d’établir un protocole
d’essais adapté à notre problématique. Les mesures réalisées conduisent
à une meilleure compréhension du phénomène d’érosion régressive
localisée, fréquemment appelé renard, et soulignent la diminution de la
résistance au cisaillement induite par cette érosion interne.
Grâce à l’étude paramétrique réalisée sur des sols sablo-argileux
avec un filtre permettant uniquement la migration de la partie
argileuse, nous avons montré que l’augmentation du gradient hydraulique
tend à accélérer l’érosion des particules fines et qu’au contraire
l’augmentation de la pression de confinement tend à ralentir cette
migration. Lorsque l'échantillon est sollicité par un écoulement dirigé
de haut en bas, nous pouvons distinguer trois phases d’évolution du
coefficient de perméabilité :
* La première est une phase durant laquelle la proportion de fines
évolue peu avec une proportion plus faible de fines à la base de
l’échantillon qu’à sa tête ;
* Au cours de la deuxième phase, il y a apparition d’hétérogénéités
granulométriques localisées qui sont le siège d’écoulement(s)
préférentiel(s) ;
* La dernière phase est caractérisée par une stabilisation du
coefficient de perméabilité qui tend vers une valeur proche de celle du
sable fin.
Ce travail nous a permis également d’initier la réalisation d’un
prototype et la définition d’un protocole expérimental, utilisés au
cours de ma thèse.
ATER : Allocataire Temporaire d’Enseignement et de
Recherches
DEA : Diplôme d'Etude Approfondie
CEMAGREF : Centre national du Machinisme Agricole, du
Génie Rural et des Eaux et Forêts
LCPC : Laboratoires Central des Ponts et Chaussées
LMPG : Laboratoire de Mécanique, Physique et Géosciences
LIRIGM : Laboratoire Interdisciplinaire de Recherche
Impliquant la Géologie et la Mécanique
Erodimètre : Appareil transportable qui détermine le
seuil et le flux d'érosion d'un sédiment ou particule sous l'effet d'une
contrainte de cisaillement contrôlée.
ARS : Agricultural Research Service.
IFREMER : Institut français de recherche pour
l'exploitation de la mer.
Mots-clés :
géotechnique ; sols sablo-argileux saturés ; écoulement ; confinement ;
système expérimental ; expérimentation ; érosion interne ; suffusion ;
renard.