Étude expérimentale et modélisation numérique des interactions hydro-mécaniques entre sol et racines

La these vise a caracteriser le comportement multi-echelles et hydro-mecanique du sable silteux penetre par des racines de Cynodon Dactilon. L'etude permettra d'evaluer l'impact de la vegetation sur ce sol compacte utilise dans un remblai experimental en exterieur. La litterature s'accorde a dire que les racines ameliorent les proprietes de resistance au cisaillement du sol, tandis que des resultats contrastes ont ete obtenus en ce qui concerne leur effet sur le comportement hydraulique. De plus il existe peu d'information sur la facon dont les racines affectent la microstructure du sol et leurs consequences a l'echelle macroscopique. Un protocole de compactage du sol et de croissance de racines a ete suivi pour la preparation de tous les echantillons testes. Le sol a ete legerement compacte, mouille pour favoriser la croissance des plantes, puis seche jusqu'a differents etats hydrauliques. Les plantes et la densite d'ensemencement ont ete les memes que ceux utilises dans le remblai. Plusieurs techniques ont ete exploitees pour evaluer les caracteristiques geometriques et mecaniques des racines. Des essais de cisaillement triaxial et direct ont ete effectues avec des equipements de grande dimension dans des conditions saturees et partiellement saturees. Differentes reponses de contrainte-deformation ont ete observees pour le sol vegetalise a differents etats hydrauliques, en raison de differents mecanismes de rupture des racines. Les resultats ont ete interpretes a l'aide de plusieures lois de comportement pour les sols partiellement satures afin de tenir compte des variables d'etat et de stress. Des deformations de compression plus importantes lors du cisaillement ont ete observees sur des echantillons avec racines. Les racines ont genere une augmentation de la cohesion du sol. Ces observations ont ete confirmees par des essais de traction directe effectues a differents stades de croissance des racines. Une loi de comportement a ete proposee pour predire l'augmentation de la cohesion en connaissant les proprietes des racines et l'etat hydraulique du sol. En ce qui concerne le comportement hydraulique, les racines ont induit une augmentation de la permeabilite saturee en eau du sol et une diminution de la capacite de retention a mesure que le volume des racines augmentait. La tomographie microCT et la porosimetrie par intrusion de mercure ont ete effectuees a differents etats hydrauliques du sol sur des echantillons avec racines pour obtenir des informations sur les changements de la microstructure du sol. L'information reconstruite a partir des deux techniques a montre que les racines augmentaient generalement les macropores (plus de 100 micrometres) en raison de phenomenes de fissuration et des interfaces sol-racine tout en reduisant les pores plus petits (moins de 5 micrometres) en raison du colmatage du au mucilage. L'ouverture des fissures a ete augmentee par le retrait simultane du sol et des racines lors du sechage. Les alterations generees par la croissance des racines sur la structure du sol ont permis d'expliquer les differentes reponses hydrauliques du sol et aussi son changement de volume. Un bon accord entre le volume des fissures et le volume des racines a ete trouve et a permis de calibrer et de valider un modele capable de predire les proprietes de retention d'eau et les valeurs de permeabilite du sol a partir des changements microstructurels observes. Les resultats ont ete utilises pour simuler l'effet de differentes periodes de croissance des plantes sur le comportement hydro-mecanique du remblai lors d'une chute de pluie. Les pentes vegetalisees sont restees stables tout au long de la simulation, meme completement saturees, grâce au renforcement mecanique des racines. Neanmoins, la permeabilite plus elevee dans le sol vegetalise a eu une consequence negative, qui a ete mise en evidence par une baisse drastique du facteur de securite de stabilite de la pente aux premiers stades de l'evenement hydraulique.