Analyse expérimentale de l'évolution de la microstructure des sols granulaires lors de charges monotones et d'inversions de charges

La majorite des modeles constitutifs, utilises aujourd'hui pour decrire le comportement de materiaux granulaires, sont des modeles de continuum bases sur des approches phenomenologiques. Afin de decrire certains des phenomenes qui se produisent a l'echelle macroscopique, par exemple: le changement brusque de rigidite a une inversion de charge, les modeles constitutifs utilisent des variables d'etat phenomenologiques (par exemple: le concept de deformation intergranulaire pour l'hypoplasticite). Ces modeles manquent souvent d'une signification physique. Les mecanismes qui controlent le comportement macroscopique doivent etre etudies a l'echelle du grain, car les interactions des particules jouent un role essentiel. Pour acceder a cette echelle et decrire la structure des assemblages granulaires, la tomographie par rayons X est utilisee dans ces travaux de these. La resolution spatiale de telles tomographies est limitee car le specimen doit avoir une taille mecaniquement representative et en meme temps doit etre suffisamment petit pour identifier les grains individuels dans les images. Differentes techniques d'analyse d'images peuvent etre utilisees pour extraire des informations sur la structure du material granulaire, mais elles manquent toutes d'une caracterisation metrologique approfondie. Donc, il etait necessaire d'etudier les differentes techniques et de determiner leurs incertitudes. Les images artificielles ainsi que les images haute resolution servent de base a l'analyse metrologique, qui a montre que les approches standard pour l'analyse des orientations de contact, mises en œuvre dans la plupart des logiciels commerciaux, sont inexacts et entrainent souvent d'importants artefacts. De nouvelles techniques pour affiner ces mesures sont proposees et validees sur les memes images. Des essais de compression triaxiaux monotoniques sur deux sables differents sont etudies en ce qui concerne la localisation de la deformation par rapport au structure de contact. Le tenseur de structure complet est determine a l'interieur et a l'exterieur de la bande de cisaillement en developpement tout au long de l'experience. Son evolution est exprimee par l'anisotropie et liee a la reponse macroscopique. Le specimen semble se comporter de maniere homogene dans les differentes zones jusqu'au debut de la localisation a laquelle le tissu diverge. En dehors de la bande de cisaillement, il reste relativement constant alors qu'il semble directement lie au taux de contrainte a l'interieur de la bande de cisaillement. L'anisotropie capture l'evolution caracteristique de la reponse a la contrainte, telle que les etats de pic et le ramollissement. Une serie d'essais de compression triaxiale avec inversion de charge a ete realisee sur des echantillons constitues de grains de sable et de billes de verre. Pour capturer la reponse de la structure aux cycles de charge, des tomographies ont ete acquises avant et apres le dechargement et apres le rechargement. Contrairement aux simulations numeriques, aucun changement important du tissu au cours de ces cycles n'a pas pu etre observe. Qualitativement, les changements de structure ressemblent a ceux des simulations numeriques: l'anisotropie diminue au dechargement et augmente au rechargement. La reponse incrementale a chaque inversion est comparee aux simulations numeriques et a l'evolution du tenseur de deformation intergranulaire sous des conditions similaires. La deformation intergranulaire est determinee par un test elementaire simplifie dans le but de relier eventuellement cette variable phenomenologique a une variable veritablement structurelle. La comparaison de l'evolution du tissu et de la deformation intergranulaire a toutefois revele des differences majeures, sur la base desquelles une telle relation n'est pas possible. La structure evolue a un taux plus lent que la variable d'etat et continue d'evoluer meme dans les situations de chargement monotone.