Avancées dans la caractérisation et la modélisation du comportement des sols non saturés : protocoles expérimentaux, fiabilité numérique et milieux stratifiés

« RÉSUMÉ : Cette thèse présente une étude approfondie du comportement hydraulique des sols non saturés, en intégrant des protocoles expérimentaux détaillés, des modèles prédictifs et des analyses numériques avancées afin d'améliorer la précision et la fiabilité des simulations d'écoulement transitoire dans des milieux poreux homogènes et stratifiés. Ce travail repose sur le constat que la mécanique des sols saturés ne permet pas de représenter adéquatement la complexité des conditions naturelles non saturées, notamment dans la zone vadose, où les sols subissent des cycles d'humidification et de dessiccation dus à l'infiltration, à l'évaporation et aux variations climatiques. Des applications en ingénierie géotechnique, telles que la stabilité des pentes sous pluie, les performances des couvertures de décharges ou la gestion des résidus miniers, exigent des modèles robustes capables de représenter ces systèmes dynamiques et souvent hétérogènes. Un volet essentiel de cette recherche concerne la détermination expérimentale des courbes de rétention d’eau (CRE), qui décrivent la relation fondamentale entre la succion matricielle et la teneur en eau volumique. À l’aide de cellules de Tempe, des courbes de rétention ont été mesurées pour des sables silteux à des paliers de succion maintenus pendant 24, 48 et 72 heures. L’étude met en évidence une limite critique de la norme de 24 heures plus un délai d’observation pour estimer si l’équilibre a été atteint. En effet, la mesure des faibles volumes d’eau s’écoulant de la cellule Tempe, particulièrement pour les sols à faible perméabilité, présente des difficultés notables. Ces volumes sont souvent proches de ou inférieurs à la sensibilité limite de l’appareil de mesure, ce qui accroît les incertitudes de mesure et peut donner l’impression que l’équilibre hydraulique est atteint alors qu’un drainage partiel persiste. Cette situation entraîne une sous-estimation de la teneur en eau et, par conséquent, une erreur dans la détermination de la courbe de rétention, en particulier pour les sables silteux et autres matériaux à drainage lent.En effet, la mesure des faibles volumes d’eau s’écoulant de la cellule Tempe, particulièrement pour les sols à faible perméabilité, présente des difficultés notables. Ces volumes sont souvent proches de ou inférieurs à la sensibilité limite de l’appareil de mesure, ce qui accroît les incertitudes de mesure et peut donner l’impression que l’équilibre hydraulique est atteint alors qu’un drainage partiel persiste. Cette situation entraîne une sous-estimation de la teneur en eau et, par conséquent, une erreur dans la détermination de la courbe de rétention, en particulier pour les sables silteux et autres matériaux à drainage lent.»