Erosion des ouvrages en terre
Erosion des ouvrages en terre
Ce projet de recherche est mené en collaboration avec l’Ecole Nationale des Ingénieurs de Saint Etienne (LTDS UMR 5513, ENISE) et Université de Tétouan du Maroc. Il s’intéresse au phénomène de l’érosion interne des ouvrages en terre, en tant que processus hydro-mécaniques couplés.
Evolution du débit massique de particules érodées en fonction du temps, tiré de Bendahmane et al, 2006
Résultat de simulation issu du modèle théorique proposé (Dubujet et al, 2007)
L’érosion interne correspond à une dégradation progressive des sols traversés par un écoulement. Les forces hydrodynamiques entraînent l’arrachement des particules fines du squelette solide, et par voie de conséquence une augmentation de la porosité du sol et un affaiblissement de ses caractéristiques mécaniques. A un stade plus avancé, des canaux continus peuvent se former et l’érosion de surface prend le relai. Ce processus, s’il n’est pas freiné, pourrait éventuellement induire la rupture de l’ouvrage.
Si les travaux existants relient directement mais de façon intuitive la vitesse d’érosion aux forces d’écoulement ou au gradient hydraulique, une analyse théorique fondée sur les principes de la thermodynamique montre clairement l’influence essentielle de l’état mécanique du matériau. Une nouvelle loi d’érosion a ainsi été formulée qui tient explicitement compte de la pression de consolidation et de l’état des contraintes. Par ailleurs, l’évolution des caractéristiques hydromécaniques est également prise en compte par un modèle mécanique type élastique-endommageable avec une perméabilité variable suivant la porosité. Le système d’équations aux dérivées partielles résultant de ce modèle hydromécanique couplé peut être résolu par la méthode des éléments finis, à l’aide du logiciel Comsol multi-physique®. Une comparaison des résultats de calculs et de ceux obtenus expérimentalement montre une bonne concordance au cas où seules les particules d’argile sont érodées. Lorsque les particules plus grandes sont également arrachées, l’élasticité ne fournit plus une description adéquate. Une description plus fine devrait alors faire appel au formalisme de la plasticité.
