Sur l'identification des paramètres des lois de comportement des roches argileuses.
Résumé
This work aims to develop methods for identification of constitutive parameters of argillaceous rocks. Under the proposed underground research laboratory of the ANDRA, it is necessary to develop such methods for the interpretation of many steps to be performed on site. We focused on two major aspects of the rheological behavior of this type of rock: poroelastic behavior on the one hand and the elasto-viscoplastic other. The first part focuses on the identification of paramètresporoélastiques. Chapter 2 refers to the direct problem and discusses a number of important points concerning the inverse problem of identification. The third chapter is dedicated to the formulation of techniques for calculating gradient for linear poroelastic case. The numerical finite element is discussed. The methods of direct differentiation and adjoint state are validated on a two-dimensional numerical example using the code of finite element Cast3M. Uidentificationdes poroelastic coefficients argillaceous rocks of the Meuse Haute-Marne from laboratory tests is discussed in detail in Chapter 4. The use of semi-explicit approximate solution of problems provides a direct method for quick identification. The second part of the dissertation on the identification of elasto-viscoplastic parameters. The features ducomportementviscoplastiques argillaceous rocks Meuse Haute-Marne are discussed in Chapter 5 on the basis of experimental results. Modeling this behavior is considered. It proposes a model isotropic nonlinear viscoplastic avececrouissage to duplicate tests. The parameters of this law of behavior are identified on a creep test unîdîmensionnelen drained conditions. The deformations arise when poroelastic and viscoplastic behavior of the rock. We show that it is possible to separate these two phenomena. All parameters are identified poro-elastic viscoplastic, a semi-explicit solution of the creep test is used. Chapter 6 presents a method for identifying parameters elasto-viscoplastic in the general case. As already introduced in this chapter, identification reduces to the minimization of a cost functional. The gradient of the functional is calculated by direct differentiation. The direct differentiation method is developed for law Cast3M elasto-visco-plastic Norton-Hoff. The identification of parameters of this law on two-dimensional configuration unidimensionelleset underground coated or not is then presented. The measurements are simulated by a first direct calculation and eventually disrupted. The uniqueness and stability of this problèmed'identification are discussed. The method is then applied in Chapter 7 to a real case: the tunnel Chamoise. Dimensional modeling and two dimensional plane strain are used to solve the problem directly. The modeling assumptions are justified. The parameters obtained can reproduce the data adequately. The study of this real case can also make a number of recommendations on the in situ measurement devices to identify the parameters of constitutive equations.
Ce travail a pour but de mettre au point des méthodes d'identification des paramètres constitutifs des roches argileuses. Dans le cadre du projet de laboratoire de recherche souterrain de l'ANDRA, il est nécessaire de développer ce type de méthodes en vue de l'interprétation des nombreuses mesures qui seront pratiquées sur site. On s'est focalisé sur deux aspects rhéologiques majeurs du comportement de ce type de roche: le comportement poroélastique d'une part et le comportement élasto-viscoplastique d'autre part. La première partie se focalise sur l'identification des paramètresporoélastiques. Le chapitre 2 rappelle le problème direct et discute un certain nombre de points importants concernant le problème inverse d'identification. Le troisième chapitre est dédié à la formulation des techniques de calcul de gradient pour le cas poroélastique linéaire. La résolution numérique par éléments finis est discutée. Les méthodes de Différentiation directe et de l'état adjoint sont validées sur un exemple numérique bidimensionnel à l'aide du code de calcul par éléments finis Cast3M. Uidentificationdes coefficients poroélastiques des roches argileuses de Meuse Haute-Marne à partir d'essais de laboratoire est discutée en détail dans le chapitre 4. L'utilisation de solutions semi-explicites approchées des problèmes directs permet d'obtenir une méthode d'identification rapide. La deuxième partie du mémoire porte sur l'identification des paramètres élasto-viscoplastiques. Les traits ducomportementviscoplastiques des roches argileuses de Meuse Haute-Marne sont discutés dans le chapitre 5 sur la base des résultats expérimentaux. La modélisation de ce comportement est envisagée. On propose notamment un modèle viscoplastique avececrouissage isotrope non linéaire permettant de reproduire les essais. Les paramètres de cette loi de comportement sont identifiés sur un essai de fluage unîdîmensionnelen conditions drainées. Les déformations différées proviennent alors du comportement poroélastique et viscoplastique de la roche. On montre qu'il est possible de séparer ces deux phénomènes. Tous les paramètres poro-elastoviscoplastiques sont identifiés,une solution semi-explicite de l'essai de fluage est utilisée. Le chapitre 6 présente une méthode d'identification des paramètres élasto-viscoplastiques dans le cas général. Comme déjà présenté au cours du présent chapitre, l'identification se ramène à la minimisation d'une fonctionnelle coût. Le gradient de la fonctionnelle est calculé par Différentiation Directe. La méthode de Différentiation directe est développée dans Cast3M pour la loi élasto-visco-plastique de Norton-Hoff. L'identification des paramètres de cette loi sur des configurations unidimensionelleset bidimensionnelles d'ouvrages souterrains revêtus ou non est ensuite présentée. Les mesures sont simulées par un premier calcul direct puis éventuellement perturbées. L'unicité et la stabilité de ce problèmed'identification sont discutées. La méthode est ensuite appliquée dans le chapitre 7 à un cas réel : le tunnel de la Chamoise. Des modélisations unidimensionnelles et bidimensionnelles en déformation plane sont utilisées pour résoudre le problème direct. Les hypothèses de modélisation sont justifiées. Les paramètres obtenus permettent de reproduire convenablement les données. L'étude de ce cas réel permet également d'émettre un certain nombre de recommandations sur les dispositifs de mesure in situ en vue de l'identification des paramètres des lois de comportement.