Phénomènes d'érosion interne dans les graves et les sols grossiers : Application aux digues et aux barrages

L’érosion interne est la cause principale de ruptures des ouvrages hydrauliques en terre, tels que les digues et les barrages. Les conséquences de telles ruptures sont conséquentes et couteuses. L’objectif de cette thèse est de mieux comprendre une catégorie particulière de processus d’érosion, la suffusion, en en caractérisant l’initiation et l’évolution. Cette recherche, à dominante expérimentale, s'appuie sur une modélisation physique unidimensionnelle. Les essais sont réalisés dans une conduite en plexiglas de 18 cm de diamètre intérieur, équipée de capteurs de pression, d’un débitmètre et d’un turbidimètre. Un dispositif de collecte des particules érodées est installé à l’aval de la conduite pour quantifier les particules érodées à des intervalles de temps choisis. Dans cette étude, on a réalisé une série d’essais sur des matériaux pulvérulents. Dans ce type de matériaux, l’érosion se manifeste par suffusion. Elle correspond à l’arrachement et au transport des particules fines à travers l’espace poral des particules grossières. Dans un premier temps, un protocole de reconstitution de matériaux pulvérulents est élaboré. Le principe consiste à réaliser des mélanges humides avec une teneur en eau relative à la masse des particules fines. Pour surmonter les problèmes rencontrés dans la réalisation des essais, la conduite est disposée verticalement, et les matériaux testés sont reconstitués à partir de mélanges de particules sableuses. Une étude paramétrique est menée sur l’influence de certains paramètres, tels que la granulométrie, la pression d’écoulement, la nature et la teneur en particules argileuses ainsi que la densité de mise en place. Les résultats obtenus montrent que l’érodabilité des matériaux dépend de la forme des courbes granulométrique. En effet, l’érosion est plus accentuée pour les matériaux contenant moins de particules fines. Elle est également plus forte quand la courbe granulométrique est discontinue. L’ajout de particules argileuses augmente la résistance à la suffusion des matériaux testés. Trois catégories de matériaux argileux ou fins sont testées : une illite (argile verte de Velay), une kaolinite (Speswhite), et du sable broyé (C10). Les résultats montrent que les matériaux contenant de l’illite sont plus résistants à la suffusion que les matériaux contenant de la kaolinite, tandis que les matériaux contenant du sable broyé sont les moins résistants. Cette résistance à la suffusion augmente avec la teneur en particules argileuses. L’érosion des matériaux dépend aussi de la densité initiale des matériaux testés. En effet, pour la même pression d’entrée, la quantité des particules érodées diminue en augmentant la densité de mise en place