Variabilité des paramètres

On a vu précédemment que le seul mécanisme plastique impliqué dans l’histoire géologique de l’Argile de Boom est la compaction. En effet, la seule loi de comportement impliquée est la surface Cam-Clay modifiée. Dans cette configuration, les modèles ne prédisent aucune fracture de cisaillement ou d’extension.

Les paramètres pouvant influencer le mode de rupture sont la cohésion et l’angle de frottement. On remarque sur le Tableau 4 que les paramètres de l’Argile de Boom sont compris dans des intervalles pouvant être larges. Par exemple les valeurs de cohésion obtenues au laboratoire souterrain de Mol sont en moyenne de 300 kPa alors que des mesures sur des échantillons pris lors de reconnaissance à Anvers montrent une cohésion inférieure à 45 kPa (Schittekat et al. 1983).

Suite à ces indications, un calcul tenant compte d’une cohésion de 125 kPa a été réalisée. En dessous de cette valeur, le calcul ne converge pas jusqu’au bout. Cette diminution de la cohésion a montré que le critère de Van Eekelen pouvait être activé pendant l’érosion. En conséquence, des fractures de cisaillement sont susceptibles de se développer. La Figure 29 montre le chemin de contraintes correspondant.

Les fractures de cisaillement qui seront générées ne sont pas subverticales comme le sont les

joints dans les argilières mais inclinées d’un angle de 36° (

4 2

π φ₋

) par rapport à l’horizontale.

Un calcul de l’orientation des facettes sur lesquelles s’appliquent les contraintes principales permet de trouver ce résultat (Figure 28). Ceci montre que tenir compte de l’histoire géologique ne suffit pas à expliquer l’apparition des différentes discontinuités.

45

Figure 28: Calcul de l'orientation des discontinuités à l'aide du cercle de Mohr

Figure 29 : Représentation du chemin de contraintes considérant une diminution de la cohésion

1.6 Conclusions

Ce chapitre a décrit les propriétés de l’Argile de Boom. On a pu voir que celle-ci était caractérisée par une très faible perméabilité. Ses propriétés mécaniques en font une argile rigide. Le module de Young drainé vaut 300 MPa et la cohésion est de 300 kPa.

Ce chapitre a pu mettre en évidence que de nombreuses discontinuités existent dans l’Argile de Boom et sont observables dans les argilières. Les discontinuités principales constituent un réseau de joints orthogonaux subverticaux. De nombreuses hypothèses sont faites quand à leur origine mais aucun calcul quantitatif n’a jamais été réalisé. Ce chapitre présente les résultats d’une modélisation de l’histoire géologique de Boom à l’échelle du Bassin de la Campine. Ce calcul a permis de confirmer que l’histoire géologique de la couche d’argile n’est pas suffisante pour expliquer la création des discontinuités. De plus, on a montré qu’aucune

46

discontinuité d’origine naturelle n’a pu être engendrée au niveau du laboratoire souterrain à Mol comme le suggère Mertens et al. (2003). Donc, d’autres mécanismes pourraient être responsables de l’apparition des discontinuités observées en surface.

47

Chapitre 2: Revue bibliographique du comportement

thermo-mécanique des sols argileux

2.1 Introduction

Le comportement thermo-mécanique est étudié depuis de nombreuses décennies dans des domaines variés allant de l'étude des mécanismes à l'origine des tremblements de terre (Hueckel et al., 1994a; Hueckel et al., 1994b), à l'enfouissement des câbles à haute tension dans le sol (Mitchell et Abdel-Hadi; 1979). Les premières questions sur l'influence de la température sur le comportement mécanique sont apparues lors de campagne d'essais où l'échantillon de sol subit des variations de température entre le site d'échantillonnage et le laboratoire. Par exemple, Plum et Esrig (1969) estiment des variations de température pouvant atteindre une valeur de 20°C entre la prise d'un échantillon de sédiment marin et la température à laquelle il sera soumis au laboratoire. L'application actuelle qui réclame la plus grande attention et qui est la plus étudiée est l'enfouissement des déchets nucléaires de longue durée de vie et de haute activité. Ces déchets, une fois placés dans leur galerie d'isolation, continuent d'émettre de la chaleur et provoquent une augmentation non-négligeable de la température de la roche adjacente pouvant atteindre des valeurs de près de 100°C. Cette variation de température ne doit pas altérer l'intégrité du stockage. Dès lors de nombreuses études sont entreprises.

D'autres applications récentes concernent le stockage de chaleur dans le sol et la géothermie (Brandl, 2006). Des questions se posent sur l'effet de la température sur la qualité des routes (Richards, 1969). Quant à Abuel Naga et al. (2007), ils étudient l'influence de la température sur la consolidation et montrent que le taux de consolidation est plus important lors d' augmentation de température.

Il existe donc de nombreuses applications où les évolutions de température d'un sol ou d'une roche ne sont pas négligeables. Comment va répondre ce sol suite à ces variations de température? Les propriétés mécaniques de résistance s'en trouvent-elles modifiées? Si oui, comment? On peut se poser beaucoup de questions quant aux réactions d'un sol, d'une roche lorsque sa température évolue. Ce chapitre aborde les différents aspects du comportement

48

thermo-mécanique des sols argileux d'un point vue expérimental et numérique et tente de répondre à une série de questions que l'on peut se poser.

Dans une première partie, les différents phénomènes observés expérimentalement sont décrits. On investigue l'influence d'un chargement thermique sur le comportement volumique ou déviatorique. Le comportement non drainé est également décrit. Dans une seconde partie, les modèles constitutifs de comportement thermo-mécanique sont décrits et une comparaison est réalisée entre les trois modèles principaux qui permettent une représentation correcte des phénomènes thermo-mécaniques.

Avant d'aborder ces aspects, un rappel de la microstructure des argiles est effectué. Ce rappel de la microstructure des argiles permet de comprendre les différents phénomènes thermo- mécaniques se passant dans un milieu argileux.