Abstract FR:

Ce mémoire traite le problème des cavités souterraines soumises à un chargement thermique en paroi. Ce problème se pose par exemple en géothermie, pour les forages pétroliers profonds, ou encore pour le stockage souterrain des déchets nucléaires. Les effets mécaniques qu'induit un chargement thermique sont doubles. Une augmentation de température entraine une dilatation volumique, ce qui constitue un chargement mécanique reparti; en même temps, elle modifie le comportement rhéologique du massif (variations de paramètres mécaniques, transition vers un comportement plus ductile). Dans un cadre d'hypothèses simplificatrices, sont développées un petit nombre de solutions analytiques originales, sur le comportement d'une galerie isolée soumise simultanément aux chargements mécanique (creusement et pose d'un soutènement) et thermique. Les caractères explicite et transparent de ces solutions permettent des démonstrations théoriques intéressantes, conduisant à une meilleure compréhension des effets du chargement thermique. D’autre part, deux paramètres adimensionnels importants se dégagent des études théoriques. En comportement élastoplastique, c'est la température caractéristique, une constante du matériau qui dépend uniquement des paramètres thermomécaniques du matériau, qui donne une bonne indication sur la sensibilité du matériau vis-à-vis du chargement thermique. L’exploitation numérique du modèle d'ailleurs montre qu'une montée de température qui atteint une fraction de la température caractéristique peut conduire à des déplacements supplémentaires du même ordre de grandeur que ceux dus au chargement mécanique initial. En comportement viscoplastique, c'est le rapport entre la vitesse de chargement et la vitesse caractéristique de l'écoulement viscoplastique qui indique l'importance des effets différés. Lorsqu’un grand nombre de cavités sont soumises simultanément aux chargements thermique et mécanique, comme c'est le cas du stockage souterrain des déchets nucléaires, il y a alors interaction thermomécanique. L’étude de ce problème fait l'objet de la dernière partie du mémoire. En introduisant progressivement des hypothèses simplificatrices, basées sur les résultats du calcul de l'étape précédente, on montre que, bien que le problème original soit fortement tridimensionnel, des modélisations simplifiées, respectivement bidimensionnelles et unidimensionnelles peuvent servir utilement à l'estimation des grandeurs critiques, donc dimensionnantes. En particulier, la modélisation unidimensionnelle admet une solution analytique dont la simplicité est une fois encore mise à profit pour des études de sensibilité