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In order to model the behavior of geometarials under complex loadings, several researches have done numerous experimental works and established relative constitutive models for decades. An important feature of granular materials is that the relationship between stress and strain especially in elastic domain is not linear, unlike the responses of typical metal or rubber. It has been also found that the stress-strain response of granular materials shows the characteristics of cross-anisotropy, as well as the non- linearities. Besides, the stress-induced anisotropy occurs expectedly during the process of disturbance on soils, for example, the loads or displacements. In this work, a new model which is a combination of Houlsby hyperelastic model and elastoplastic Plasol model was proposed. This new model took into account the non-linear response of stress and strain in both elastic and plastic domain, and the anisotropic elasticity was also well considered. Moreover, the overflow problems of plastic strain in plastic part was calibrated by a proper integration algorithm. Later, new model was verified by using numerical method and compared with laboratory experiments in axisymmetric triaxial conditions. The comparison results showed a good simulation effect of new model which just used one single set of parameters for a specific soil in different confining pressure situations. Then the analysis of new model internal variable, i.e., pressure exponent, illustrated that the value of pressure exponent which corresponds to the degree of anisotropy had an obvious effect on the stress-strain response. Moreover, this kind of effect is also affected by the density and drainage condition of samples. Basing on new model, a safety factor which refers to the second-order work criterion was adopted and tested in axisymmetric model and actual slope model. It showed that the negative value or dramatic decreasing of global normalized second-order work occurs accompanying with a local or global failure with a burst of kinetic energy.

The safe operation of geological repositories for radioactive waste indicates the progressive galleries closure, by installing sealing and backfill materials. The French radioactive waste management agency (Andra) currently considers as backfill the implementation of crushed excavated Callovo-Oxfordian (COx) argillite, mixed with bentonite (MX80) in pelletized form, due to operational advantages. The pelletized mixture is emplaced inside the galleries at dry state, initially presenting granular structure and is gradually homogenised, due to swelling upon groundwater infiltration.Objective of this PhD thesis is the determination/fabrication of the pelletized mixture and its hydro- mechanical study. The granulometry is selected according to the highest possible packing density. Thus, it is defined as optimum grain size distribution (GSD). The implemented COx/MX80 mixture needs to produce adequate swelling capacity and low hydraulic conductivity.Numerical and experimental gravitational deposits are conducted to study the compactness of a granular material, without mechanical compaction. Numerical simulations using the Discrete Element Method investigate the granulometric effect on the resulting packing state, defining an optimum GSD. Supplementary experiments are used to finalise the granulometric selection maximising the resulting density. Both studies investigate the influence of additional parameters (e.g. implementation protocol, inter-particle friction, deposit height).The pelletization of the selected GSD is attempted for the first time on COx/MX80 powdered mixtures, by applying the compression method using a tablet machine. The process is analysed to successfully fabricate pellets and optimise the challenging pellet productivity.COx/MX80 mixtures hydro-mechanical behaviour is experimentally investigated by performing infiltration tests under free and confined volume conditions. A parametric study on various powdered mixtures is conducted to characterise the materials physicochemical properties and primarily evaluate their swelling capacity at densities expected upon implementation. On the other hand, the finalised pelletized assembly presenting various compositions is directly tested in terms of swelling pressure and hydraulic conductivity.

Résumé de la thèse: Les structures en béton armé s'endommagent au cours de leur vie à cause de plusieurs facteurs : thermiques, chimiques, retrait, fluage, carbonatation, corrosion. Ces processus débutent dès les premiers jours de la vie de l'ouvrage et continuent lors de son vieillissement. Plus particulièrement, l'endommagement au jeune âge (entre 0 et 28j) peut influencer significativement le comportement dynamique des structures. En effet, leur fréquence propre, peut être fortement réduite à cause de cet endommagement. Afin de déterminer l'influence de l'endommagement dû aux effets du jeûne âge sur la réponse sismique d'une structure en béton armé, ce travail de thèse a combiné à la fois modélisations numériques et essais pseudo-dynamiques sur deux groupes de portique. Le premier groupe a été gardé en conditions endogènes (échanges hydriques avec l'extérieur empêchés) durant le jeune âge afin de limiter les effets du retrait de séchage (fissuration). Le second groupe a quant à lui été gardé en conditions non-endogènes (échange d'eau avec le milieu extérieur possible) similaires aux conditions de chantier, ce qui a induit un endommagement initial (fissurations) du notamment à un retrait de séchage plus important. Les deux types de portiques ont été soumis à la fin de leur jeune âge au même chargement sismique modéré au moyen d'essais pseudo-dynamiques. Les structures ont été instrumentées en utilisant de la fibre optique, des capteurs de déplacement et de force ainsi que des vélocimètres et de la corrélation d'image. D'autre part, un modèle numérique en poutres multifibres permettant de suivre l'évolution de leur endommagement au jeune âge mais aussi lors de l’accident sismique a été réalisé. Ce modèle numérique intégré a été validé en le comparant avec l’expérience, permettant de calculer l'évolution de fréquences propres des deux types de structures mais aussi leur différence de comportement dans le domaine non-linéaire afin d’en évaluer leur vulnérabilité.

Dans le cadre de Fedre, une éolienne “démonstrateur” Nordex a été installée dans le Pas-de- Calais avec une fondation superficielle reposant un sol amélioré par 64 inclusions rigides.« Une petite dizaine d’entre elles ont été instrumentées. L’objectif de cette instrumentation est de comprendre, sur une durée de mesure d’au moins un an, les sollicitations dans la semelle et le sol sous-jacent. »L’ambition ? Rendre les semelles adaptables aux nouvelles générations d’éoliennes, plus hautes et plus puissantes.« A priori, aujourd’ hui, les semelles sont un peu surdimensionnées par rapport aux efforts qu’elles subissent. Si ce projet le démontre, cela pourrait permettre d’utiliser moins de béton ou de rendre les semelles existantes plus facilement réutilisables. Bien sûr, des semelles conçues pour être adaptables d’une génération à une autre auraient un coût de base plus élevé, puisqu’ innovantes, mais à terme, le but est de trouver, sur une longue durée, une solution plus économique. Le bilan carbone devrait aussi s’en trouver allégé. »

Angela Madeo, Pr. à GEOMAS, est lauréate d'une ERC Consolidator Grant avec son projet META-LEGOPour en savoir plus:https://www.insavalor.fr/actualites/angela-madeo-laureate-dune-erc-consolidator-grant