Numerical investigation of fine particle migration in granular soils under hydro-mechanical coupling processes

L'érosion interne constitue une cause majeure de défaillance des digues et barrages en terre, menaçant la sécurité des infrastructures et représentant un risque pour les vies humaines et les biens. Cette thèse étudie les mécanismes micromécaniques de l'érosion interne dans les sols granulaires à travers une approche combinant des expérimentations en laboratoire et des modélisations numériques. L'accent est mis sur l'influence des conditions de charge hydraulique, de la teneur en fines, de la porosité, de la pression de confinement et de la texture du sol sur la progression de l'érosion et l'évolution de la structure du sol.Une série d'essais ont été réalisés pour analyser les effets du gradient hydraulique et de la distribution granulométrique sur la migration des particules fines. Des techniques d'imagerie haute résolution ont permis de caractériser les motifs d'érosion à l'échelle des pores. Un critère de stabilité interne modifié, intégrant la porosité et la gradation, est proposé.Pour approfondir la compréhension des mécanismes d'érosion interne, un modèle couplé Discrete Element Method et Dynamic Fluid Mesh (DEM & DFM) a été développé et calibré à partir des observations expérimentales. Ce modèle permet de simuler les interactions dynamiques entre les phases solide et fluide au cours de l'érosion interne, et d'analyser l'influence de paramètres hydrauliques et microstructuraux tels que la porosité, le gradient hydraulique et la teneur en fines sur le mouvement des particules et l'évolution de la structure granulaire. Le cadre numérique est ensuite étendu pour prendre en compte l'érosion sous pression de confinement et pour différentes textures de sol.Les résultats de cette recherche contribuent à une meilleure compréhension des processus d'érosion interne et soutiennent le développement d'outils de prédiction plus fiables pour l'évaluation de la stabilité interne des structures géotechniques.