On s'intéresse au comportement mécanique des milieux granulaires dont l'espace poral de leur phase solide contient un mélange biphasique de deux fluides immiscibles, par exemple un sol granulaire partiellement saturé en eau. Comme l'illustre la meilleure tenue des châteaux de sable humide par rapport aux châteaux de sable sec, le caractère triphasique modifie substantiellement le comportement mécanique au sens large du matériau : sa loi constitutive contrainte-déformation, ainsi que son critère de plasticité limite.

Afin de mieux comprendre ces phénomènes, on s'intéresse tout d'abord à l'état de contraintes du matériau tri-phasique en suivant une démarche d'homogénéisation analytique [1,2,3]. Une expression « μUNSAT » des contraintes macroscopiques (« totales ») est alors obtenue à partir de différents termes :

- des contraintes dites « de contact », dépendant des forces de contact inter-grains, et correspondant aux contraintes totales du cas sec ;

- des contraintes capillaires sous la forme de termes tensoriels non-sphériques dans le cas général et décrivant la contribution des phases fluides aux efforts internes : différentes pressions fluides ainsi que tensions superficielles d'interface.

Dans un second temps, un modèle numérique aux Eléments Discrets (DEM) est proposé à la suite de [4] pour les matériaux granulaires dans un régime de saturation pendulaire, pour lequel la phase liquide forme des ponts capillaires disjoints entre paires de particules [5,6]. Offrant une description complète de la microstructure du matériau en termes de configuration des ponts capillaires et interfaces associées, le modèle DEM permet une mesure directe des termes de contrainte obtenus précédemment par homogénéisation. Le caractère anisotrope des contraintes capillaires dans le régime pendulaire est ainsi démontré [3].

Dans un dernier temps, la conjonction du modèle DEM et de l'approche d'homogénéisation est appliquée à l'étude d'une possible « contrainte effective » qui permettrait de décrire le comportement mécanique du matériau triphasique à partir des mêmes critères de rupture et lois de comportement que ceux du cas sec. On montre en fait que les contraintes de contact remplissent partiellement ce rôle de contrainte effective car

- une description unique des états limites de contrainte de contact est obtenue en conditions sèches et humides [4,7,8] ;

- les relations entre contraintes de contact et déformations sont approximativement les mêmes entre conditions sèches et conditions humides. L'unicité du comportement en contraintes de contact-déformation est en fait le mieux approché lors de chemins contractants [7,8].

[1] Chateau X. & Dormieux L. (1995) Homogénéisation d'un milieu poreux non saturé : lemme de Hill et applications, C. R. Acad. Sci. Paris

[2] Duriez J. & Wan R. (2016) Stress in Wet Granular Media with Interfaces via Homogenization and Discrete Element Approaches, Journal of Engineering Mechanics

[3] Duriez J., Eghbalian M., Wan R. et Darve F. (2017) The micromechanical nature of stresses in triphasic granular media with interfaces, Journal of the Mechanics and Physics of Solids

[4] Scholtès L., Hicher P., Nicot F., Chareyre B. et Darve F. (2009) On the capillary stress tensor in wet granular materials. Int. J. Numer. Anal. Meth. Geomech.

[5] Duriez J. & Wan R. (2017) Contact angle mechanical influence in wet granular soils, Acta Geotech.

[6] Duriez J. & Wan R. (2017) Subtleties in discrete-element modelling of wet granular soils, Géotechnique

[7] Duriez J. & Wan, R. (2018) A micromechanical μUNSAT effective stress expression for stress-strain behaviour of wet granular materials, Geomechanics for Energy and the Environment

[8] Duriez J., Wan R., Pouragha M. et Darve F. (2018) Revisiting the existence of an effective stress for wet granular soils with micromechanics, Int J Numer Anal Methods Geomech.