La morphologie des joints rocheux et le comportement mécanique de la matrice sont reconnues comme étant des éléments clés contrôlant son comportement mécanique, incluant ses phases pré-pic et post-pic ainsi que sa dilatance. Elles jouent en particulier un rôle important dans deux mécanismes observés sur des fractures naturelles lors du cisaillement : (i) l'extension de l'ouverture du joint par la montée des aspérités les unes sur les autres, ou (ii) la fermeture de l'ouverture du joint associée à un écrasement des aspérités et à une déformation plastique de la matrice rocheuse. La transition entre ces deux mécanismes, ayant un impact majeur sur la perméabilité et le comportement mécanique du massif rocheux, reste à comprendre.

L'objectif principal de cette étude est d'examiner l'occurrence de ces deux mécanismes, en discutant leur corrélation avec la contrainte normale, la morphologie du joint et les propriétés mécaniques de la matrice intacte. À cette fin, une méthodologie innovante basée sur la technologie d'impression 3D, combinant du sable et un liant phénolique est appliquée pour construire la matrice et le joint. Le comportement mécanique de ce géomatériau est étudié en réalisant 15 essais UCS, 15 essais tri-axiaux et 15 essais de flexion trois points. La morphologie des surfaces est assimilée à une surface fractale avec une réplication auto-affine, conformément aux observations sur des discontinuités naturelles. Les aspérités de premier et de second d'ordre sont définies pour des gammes de longueur d'onde bien précises. 12 géométries de surfaces sont étudiées. Une fois imprimées, ces surfaces sont scannées. Les résultats du scan ont mis en évidence les limites de la résolution de la technologie d'impression 3D adoptée. Chaque surface a donné lieu à 3 essais de cisaillement sous 3 valeurs de contraintes normales constantes pour un total de 75 essais de cisaillement.

Les résultats expérimentaux montrent un comportement anisotrope fragile pour le matériau de la matrice avec une résistance à la compression variant de 2 à 4 MPa et une résistance à la traction inférieure à 0,5 MPa. Les résultats des comportements mécaniques des joints sont analysés et interprétés en fonction des paramètres géométriques (dimension fractale, paramètres statiques des aspérités) et de la contrainte normale. Les résultats préliminaires révèlent que, pour chacune des phases pré-pic et post-pic, le comportement du joint était contrôlé par une gamme spécifique de tailles d'aspérités. En outre, trois comportements sont observés en fonction de la contrainte normale appliquée : 1- pour une faible contrainte normale, les aspérités de premier ordre provoquent une dilatance; 2-pour une contrainte normale supérieure à 40% de la valeur UCS, des fissures ont été observées autour des aspérités de premier ordre, le développement de ces fissures durant le processus de cisaillement conduit à un écrasement de ces aspérités ; 3- pour une contrainte normale intermédiaire, les deux mécanismes sont observés conjointement. Il est à noter que les aspérités de second ordre tendent à être endommagées dans les 3 cas. Pour expliquer le mécanisme derrière ces 3 comportements, l'interaction entre la matrice et les comportements du joint est analysée et discutée.