2.3 Principe et analyse des r´esultats d’un essai triaxial
2.3.2 R´esistance `a la rupture
Le comportement `a la rupture du calcaire d’Euville est typique des carbonates. Les faibles confinements conduisent `a une rupture de type fragile, caract´eris´ee par un pic de contrainte d´eviatorique marqu´e et associ´ee `a une perte totale de la capacit´e de l’´echantillon `a reprendre le chargement axial exerc´e. Pour les confinements plus importants, le pic s’aplanit traduisant un comportement ”plastique” de l’´echantillon avant rupture. Le terme ”plastique” renvoie ici
`a un comportement pr´esentant des d´eformations irr´eversibles sans diminution des propri´et´es
´elastiques. L’identification du point de rupture devient alors moins directe. A partir d’un cer-tain niveau de confinement, la rupture devient ductile et l’on n’observe plus de maximum de contrainte d´eviatorique, l’´echantillon conservant malgr´e son endommagement une certaine capacit´e `a reprendre le chargement axial exerc´e.
Le pic de contrainte d´eviatorique ´etant de moins en moins marqu´e pour un confinement croissant, jusqu’`a devenir inexistant, l’identification du point de rupture doit reposer sur une donn´ee plus syst´ematique.
−4 0 4 8 12
x 10−3 0
10 20 30 40 50
Déformation
q (MPa)
Euville B18 (intact)
εa(J) εr(J) εv(J) εv(LVDT) Max déviateur Seuil de vitesse
Figure 2.11 – Exemple des courbes obtenues pendant une phase de chargement d´eviatorique pour un faible de confinement (p′c=5,1 MPa)
La presse utilis´ee est pilot´ee en imposant un taux d’accroissement constant de la force
appliqu´ee (pilotage en force) : ∆F/∆t = 0,1 tonne/min. Le capteur de force ´etant situ´e sous la cellule triaxiale, la charge appliqu´ee lui est transmise via l’´echantillon. La microfissuration progressive de l’´echantillon et sa rupture finale induisent une augmentation de la vitesse de descente de la presse qui n’arrive finalement plus `a suivre la consigne d’accroissement de charge.
La rupture de l’´echantillon peut ainsi ˆetre associ´ee `a un seuil haut de vitesse de descente de la presse.
La figure 2.11 pr´esente un exemple des courbes obtenues pendant une phase de chargement d´eviatorique pour une faible de pression de confinement. Le pic de contrainte d´eviatorique est quasiment confondu avec le seuil haut de vitesse de descente de la presse, indiquant le fait que la rupture fragile s’est d´evelopp´ee de fa¸con brutale dans le mat´eriau.
La figure 2.12 pr´esente un exemple du type de courbe obtenu pour une pression de confinement
´elev´ee. L’aplanissement du pic et le comportement fortement non-lin´eaire du mat´eriau avant la rupture compliquent l’identification du point de rupture.
0 0.004 0.008 0.012
0 10 20 30 40 50 60
Déformation
q (MPa)
Euville B35 (intact)
εa (LVDT)
Maximun du déviateur Seuil de vitesse
Figure 2.12 – Courbe obtenue pendant une phase de chargement d´eviatorique pour une pression de confinement ´elev´ee (p′c=16,1 MPa)
La figure 2.13 illustre la m´ethode de d´etermination du point de rupture d’un ´echantillon lors d’un essai triaxial `a fort confinement (p′c=20 MPa). Apr`es la phase de chargement hydrostatique, l’´echantillon se comporte ´elastiquement pendant la premi`ere phase de chargement axial. Le d´eplacement du piston de la presse augmente lin´eairement avec le temps. Le comportement devient ensuite progressivement non lin´eaire. Lorsque l’´echantillon ne peut plus supporter le chargement axial appliqu´e via la presse, le piston descend `a sa vitesse maximale. Le capteur LVDT enregistre une augmentation du d´eplacement rapide et de nouveau lin´eaire en fonction du temps. La rupture effective se produit entre la fin de la phase de comportement ´elastique et le moment o`u la presse atteint sa vitesse maximale. Le point de rupture est alors d´etermin´e par l’intersection entre les droites de comportement ´elastique et de descente rapide de la presse (cf. Figure 2.13). Apr`es d´emontage de l’´echantillon, on observe plusieurs plans de rupture (cf.
Figure 2.14).
0 2000 4000 6000 8000 10000 Temps (s)
-0,5 0 0,5 1 1,5 2
Chargement hydrostatique
Déplacement (mm) Vitesse (T/minute)
0 0,5
1
-0,5
-1 Point de rupture
Vitesse maximale
Descente rapide de la presse Vitesse
Déplacement
Comportement élastique
Figure 2.13 – Illustration de la d´etermination du point de rupture pour un ´echantillon test´e `a fort confinement
Figure 2.14 – Rupture ductile d’un
´echantillon test´e `a 16 MPa de pression de confinement effective
Figure 2.15 – Rupture fragile d’un
´echantillon soumis 1MPa de pression de confinement effective
Pour un faible niveau de confinement, l’´echantillon se comporte ´elastiquement quasiment jusqu’`a la rupture. La phase de comportement irr´eversible est tr`es r´eduite. Le point de rupture est directement associ´e au pic de contrainte d´eviatorique. La vitesse de la presse apr`es rupture est ´egalement ´egale `a la vitesse de descente maximale (cf. Figure 2.16). La rupture est dite fragile et on observe apr`es rupture une bande de cisaillement traversant l’´echantillon (cf. Figure 2.15).
Plus le niveau de confinement est ´elev´e, plus la phase de comportement irr´eversible s’´elargit.
Pour caract´eriser l’´evolution du comportement irr´eversible avec l’augmentation de la pres-sion de confinement par une grandeur num´erique syst´ematique, on introduit une d´eformation irr´eversible `a la rupture ǫRi d´efinie comme l’´ecart entre la d´eformation de l’´echantillon au point de rupture et la d´eformation que l’´echantillon aurait atteint `a ce niveau de chargement en
conservant un comportement ´elastique (cf. Figure 2.17). ǫRi est naturellement tr`es faible dans le cas d’une rupture fragile.
0 1000 2000 3000 4000 5000
Temps (s) -0,5
0 0,5 1 1,5 2
Déplacement (mm) Vitesse (T/minute)
0 0,5
1
-0,5
-1 Point de rupture
Vitesse maximale
Descente rapide de la presse Vitesse
Déplacement
Comportement élastique
Figure 2.16 – Illustration de la d´etermination du point de rupture pour un ´echantillon test´e `a faible confinement
ǫRi
ǫLV DT
q(MPa)
Er
Figure 2.17 – Estimation de la d´eformation irr´eversible ǫRi
Chapitre 3
R´ esultats exp´ erimentaux
Sommaire
3.1 Etude exp´´ erimentale `a l’´echelle de l’´echantillon . . . 55 3.1.1 M´ethodologie exp´erimentale . . . 55 3.1.2 Programme exp´erimental et s´election des ´echantillons . . . 56 3.1.3 Evolution des propri´et´es p´etrophysiques sous l’effet de l’alt´eration chi-´
mique . . . 62 3.1.4 Evolutions des modules ´elastiques´ . . . 67 3.1.5 Evolution de la r´esistance `´ a la rupture . . . 71 3.1.6 Evolution du comportement avant rupture . . . 79´ 3.2 Evolution de la microstructure sous l’effet de l’alt´´ eration chimique 83 3.2.1 Description de la microstructure du calcaire d’Euville . . . 83 3.2.2 Porosim´etrie au mercure . . . 84 3.2.3 R´esonance magn´etique nucl´eaire . . . 98 3.2.4 Discussion . . . 100 3.3 Essai de nano-indentation . . . 101 3.3.1 Principe de base de la technique . . . 101 3.3.2 Module d’´elasticit´e . . . 102 3.3.3 Echantillon `´ a l’´etat alt´er´e . . . 106 3.3.4 Conclusion . . . 108 3.4 Estimation de la fraction volumique de chacune des phases dans
le milieu . . . 109 3.4.1 Mesure de la fraction volumique des espaces macroporeux et
micro-poreux . . . 109 3.4.2 Mesure des fractions volumiques du ciment syntaxial et des lithoclastes111 3.4.3 Conclusion . . . 113
53