Modélisation du couplage hydraulique mécanique dans les sols non saturés, application aux barrages en terre

A numerical modelling of the coupling between hydraulic and mechanical phenomena in unsaturated soils is presented. The model neglects the air pressure variation but takes into account the influence of the volumetric deformation on the water flow. When the soil is saturated, the pore pressure effects on the mechanical behaviour is modelled using the effective stress principle. For the partly saturated soils, the model follows, whithin its domain of validity, the extended to the unsaturated soils effective stress principle. In the case of unsaturated soils, we either use an elastic model deduced from the state surface notion. The choice of the law to be used, is determined by the saturation state of the soil, the loading conditions and also the available experimental results needed to identify the model parameters. To solve the problem, we divide it into two highly coupled problems : one hydraulic and the other mechanical ; The finite element method is adopted. The software used in this is SIC3 of the "Université de Technologie de Compiègne". The coupling algorithm has two nested iteration levels for each time step : first an iterative resolution of the systems of non linear equations corresponding to each problem, second an external loop iterating on both systems. The coupling variables are exchanged between them during the computation. The simulation of a homogeneous earthdam construction : the la Ganne dam lead us to develop numerical methods for the layer by layer construction, and for the pore pressure calculation in undrained conditions. Our participation to the Third ICOLD Benchmark Workshop on Numerical Analysis of Dams, was a good opportunity to compare our model results to those of the other participants and to measurements conducted in an actual dam. The proposed simulations are the construction, the reservoir impounding and the consolidation of El infiernillo dam. / Cette thèse présente une modélisation numérique du couplage hydraulique mécanique dans les sols non saturés. Le modèle, tout en négligeant les variations de pression de l'air, tient compte de l'influence des déformations volumiques sur l'écoulement de l'eau. Quand le sol est saturé, les effets des pressions interstitielles sur le comportement mécanique du sol sont modélisés par le principe des contraintes effectives. Dans le cas d'un sol partiellement saturé, le modèle suit, dans les limites de son domaine de validité, le principe des contraintes effectives élargi aux sols non saturés. On modélise aussi le couplage, pour les sols partiellement saturés, par une loi déduite de la notion de surface d'état. Dans le choix de la loi à utiliser, nous sommes guidés par l'état de saturation du sol, les conditions de chargement, et les résultats expérimentaux dont nous disposons pour identifier les paramètres du modèle. Pour résoudre le problème, nous l'avons énoncé sous forme d'un problème hydraulique et d'un problème mécanique, fortement couplés. La résolution se fait par la méthode des éléments finis. Le code utilisé est SIC3 de l'Université de Technologie de Compiègne. L'algorithme de couplage comporte deux niveaux d'itérations, imbriqués pour un même pas de temps : une première résolution itérative des systèmes d'équations non linéaires de chaque problème, et une boucle externe itérant sur l'ensemble des deux systèmes. Les grandeurs de couplage sont échangées entre les deux au cours du calcul. La simulation de la construction d'un barrage en terre homogène, le barrage de la Ganne, nous a amenés à développer des méthodes numériques pour modéliser la construction par couches et le calcul des pressions intertitielles dans le cas où le sol est supposé non drainé. La participation au Troisième Atelier International sur l'Analyse Numérique des Barrages nous a offert l'opportunité, par la simulation de la construction, du remplissage et de la consolidation du barrage d'El Infiernillo, de confronter les résultats de notre modèle à ceux d'autres participants et aux mesures effectuées sur le barrage