Comportement des matériaux granulaires sous vibration - Application au cas du ballast

Granular materials are discrete solid particles which are large enough to avoid any thermal fluctuations. These materials are widely encountered especially in construction, transportation and pharmaceutical industries. The behavior of these materials isgenerally out of the scope of the statistical and continuum mechanical approaches. In the first part of this thesis, we focus on the description of the discrete element model that we use, the effect of the simulation parameters on the sample quality and theirresponse under quasi-static axial loading. The second part is dedicated to the settlement of granular materials under periodic loading. An experimental study is conducted to investigate the effects of the physical factors on the settlement speed. These results are confronted and completed by numerical results based on the molecular dynamics. Moreover, the settlement mechanism, the effect of granular shape, the interaction and mode of confinement onthis phenomenon are described in details. At this level, we also introduced a computational method for the prediction of bed response under long term dynamic loading. The suggested approach usessequentially a molecular dynamics scheme, a time averaging technique, and a relaxation method in order to simulate long term granular materials settlement.Le comportement des matériaux granulaires est énéralement difficile à décrire par des approches tatistiques ou de mécanique des milieux continus. D'une part, il est difficile de trouver un volume élémentaire représentatif compte tenu des tailles des grains, d'autre part, les trajectoires des grains qui le constituent sont corrélées à cause de l'écoulement dense. Dans la première partie, nous nous penchons sur la description du modèle d'éléments discrets adopté dans cette étude. Nous nous intéressons également à l'effet des paramètres de simulation sur la qualité des échantillons et leurs réponses sous chargement axial quasi-statique. La deuxième partie est consacrée à l'étude du phénomène de tassement sous chargements périodiques. Une approche expérimentale est menée afin de comprendre les effets des grandeurs physiques qui peuvent, àpriori, influencer la vitesse de tassement. Ces résultats sont confrontés, par la suite, à l'approche numérique basée sur la dynamique moléculaire. Pour compléter l'étude du mécanisme de tassement, les effets de la granulométrie, de la forme des grains,du degré de confinement et des paramètres de simulation sur la vitesse de tassement sont étudiés en utilisant l'approche discrète. Confrontés au coût élevé de la dynamique moléculaire, une nouvelleapproche de calcul de tassement à long terme a été proposée. Elle consiste à utiliser séquentiellement un calcul de dynamique moléculaire, une technique de prolongement et une méthode de relaxation afin de simuler à long terme l'écoulement de la matière au cours des cycles de chargement