Cui, Kai (2008) Towards a hydro-mechanical approach for the behaviour of cultivated soils : experiments and simulations. PhD thesis Agronomie-Mécanique du sol, INRA, Unité d’Agro-Impact, UR1158, AgroParistech p.106.

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Abstract

Le tassement des sols agricoles est l'un des problèmes se posant à l'agriculture moderne dans beaucoup de région du monde: on estime que le tassement lié au passage d'engins concerne 33 millions d'ha en Europe. Du fait des modifications importantes de la structure du sol qu'il engendre (au niveau des couches travaillées et des couches sous-jacentes), le tassement peut avoir des conséquences importantes à la fois sur la production végétales et l'environnement. L'intensité du tassement est déterminée d'une part par les contraintes mécaniques exercées à la surface du sol lors du passage de l'engin agricole (charge, pression des pneumatiques ...) et transmises dans le sol, et d'autre part par la résistance mécanique du sol à ces contraintes. Le travail proposé est constitué de deux parties: la première s'attache à modéliser les contraintes verticales exercées par un engin à la surface du sol. Ce travail numérique réalisé avec le code de calcul PLAXIS montre que les propriétés mécaniques du sol influence fortement la distribution de ces contraintes en surface. Nous proposons une méthode pour les générer numériquement à l'aide d'une plaque de rigidité de flexion variable. La seconde partie concerne la résistance mécanique du sol en interaction avec son état hydrique. Elle s'appuie sur deux dispositifs expérimentaux de laboratoire qui permettent de contrôler ou d'imposer l'état hydrique du sol (succion) au cours de la compression. Cette étude nous a permis de montrer l'importance relative de la structure du sol (granulométrie, masse volumique) et de la succion sur la courbe de compression du sol. Nous avons proposé une typologie de comportement selon la succion et les contraintes appliquées qu'il faudrait généraliser à d'autres sols.

Table of content

INTRODUCTION

1. L’importance agro-environnemental du tassement

2. Approche hydro-mécanique de la résistance mécanique à la compression des sols cultivés

2.1. Evolution de la résistance à la compression des sols cultivés

2.2. Comportements hydromécaniques des sols fins non saturés

2.3. Modélisation du comportement hydromécanique des sols fins non saturés.

3. Etat de l’art sur la modélisation opérationnelle du tassement

3.1 Structure des modèles de compactage

3.2 Géométrie du système modélisé et conditions aux limites

3.3 Champs de contraintes

3.4 Lois de comportement utilisées pour modéliser le compactage

3.5 Présentation du code PLAXIS

3.6 Application des modèles pseudo-analytiques et à éléments finis au problème du tassement

4. Objectifs et démarche de la thèse

4.1 Amélioration des conditions aux limites pour les prévisions de compactage par les passages

d’engin

4.2 Amélioration de la détermination du comportement hydromécanique du sol

CHAPITRE 1 : modélisation de la distribution des contraintes verticales à l'interface sol/pneu (article publié)

CHAPITRE 2 : évolution de la succion au cours de la compression (article soumis)

CHAPITRE 3 : compressibilité en fonction de la succion (article en préparation)

DISCUSSION GENERALE ET CONCLUSIONS

1. Résistance à la compression et évolution en fonction de la teneur en eau du sol

2. Modélisation des tassements

2.1 Choix des variables considérées dans la modélisation ..

2.2 Conditions des contraintes en surface et des calculs des déformations dans le sol

REFERENCES

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