[ca] Desastres naturals, tals com el desencadenament d'esllavissades, deformació en massissos rocosos, fissuració de sòls en presència de canvis de temperatura i altres fenòmens relacionats amb accions climàtiques, evidencien la importància d'investigar els efectes de les interaccions entre l'atmosfera i la superfície de la Terra, on es desenvolupen les principals activitats humanes. La predicció de tals esllavissades requereix un coneixement adequat dels canvis de les condicions hidrogeològiques sota accions climàtiques. Amb aquest fi és necessari disposar de models constitutius avançats capaços de predir la resposta temo-hidro-mecànica de sòls naturals en condicions parcialment saturades i no isotèrmiques. L'objectiu d'aquesta tesi és la modelització de les interaccions sòl-atmosfera i la seva aplicació a diversos problemes geotècnics. Les interaccions sòl-atmosfera contemplen l'intercanvi de calor i massa (aire, aigua). Elles han estat modelades seguint l'enfoc proposat per Noilhan (1988) que inclou fluxos d'evaporació i transpiració, la calor sensible intercanviada, la radiació neta i la calor de convecció degut a fluxos d'aire i aigua. La modelització d'aquestes interaccions s'integra dins d'un estudi termodinàmic del comportament del medi porós no saturat per tal de proveir un enteniment general del problema abordat. Un codi termo-hidro-mecànic proveït amb una condició de contorn específica per l'intercanvi de calor i massa entre el sòl i l'atmosfera ha estat millorat, en particular un mòdul per modelitzar la transpiració d'acord amb les característiques de la vegetació ha estat afegit. El model d'interacció sòl-vegetació-atmosfera ha estat acoblat amb models termo-hidromecànics en el marc d'un codi d'elements finits. Per tal d'assegurar bones característiques computacionals, els models han estat desenvolupats des de marcs generals de la poromecànica i la hiperplasticitat per a medis geològics saturats, parcialment saturats i noisotèrmics i implementats utilitzant algoritmes moderns basats en tècniques d'optimització amb algoritmes de punt-interior. L'estudi de diversos casos ha estat dut a terme amb el model proposat, tots ells han estat validats amb dades de camp. Incloent: (a) el canvi del contingut d'humitat en un camp experimental del servei Meteorològic Nacional a França, (b) la resposta d'una fonamentació d'una capa llimo-argilosa col·lapsable i (c) l'estabilitat d'un penya-segat situat a Roque Gageac – França. Els resultats mostren l'habilitat del model per representar adequadament els intercanvis d'aigua i calor entre el sòl i l'atmosfera i superar satisfactòriament problemes complexes de modelització tals com la ruptura per tracció degut a gradients de temperatura i zones plàstiques sota una fonamentació. Es presenten conclusions pràctiques referents a la capacitat de càrrega d'una fonamentació sobre una capa de sòl parcialment saturada i l'estabilitat d'un bloc de roca interpretat com una biga en voladís sotmesa a accions climàtiques.

[en] Natural disasters, such as landslides triggered by heavy rains, rock deformations and soil cracking in presence of temperature changes and other phenomena related to climatic actions, show the relevance of investigating the effects of the interactions between the atmosphere and the earth ground surface where main human activities develop. The prediction of such hazard requires an adequate knowledge of the changes in hydro-geological conditions under climatic actions. Having advanced constitutive models able to predict the thermo-hydro-mechanical response of natural soils in unsaturated and non-isothermal conditions is also necessary to this end. The topic of this dissertation is the modeling of the soil-atmosphere interactions and its application to several geotechnical problems. Soil-atmosphere interactions encompass heat and mass exchanges (air, water). They have been modeled following Noilhan (1988) approach which includes evaporation and transpiration, sensible heat exchange, net radiation and heat convected by air and water flow. The modeling of these interactions is integrated within a thermodynamic investigation of behaviour of three-phase porous medium in order to provide a general comprehension of the addressed problem. A thermo-hydro-mechanical code provided with a specific boundary condition for heat and mass exchange between the ground and the atmosphere have been enhanced, particularly by the addition of a module to cope with transpiration according to vegetation characteristics. Soil-vegetation-atmosphere interaction model have been coupled with thermo-hydro-mechanical models in the framework of the finite element code. In order to ensure good computational characteristics, the models have been derived from the general frameworks of poro-mechanics and hyperplasticity for saturated, unsaturated and non-isothermal geological media and implemented using modern algorithms based on the optimization techniques such as the interior-point algorithms. Studies of several cases have been carried out with the model, all validated with field data. They include: (a) the change in moisture content in an experimental field of the National Meteorological service in France, (b) the response of a foundation of collapsible silt layer and (c) the stability of a rock cliff located at Roque Gageac site - France. Results show the ability of the model to represent properly water and heat exchange between the soil and the atmosphere and to successfully overcome difficult modeling issues such as the occurrence of traction failure due temperature gradients and plastic zone under the foundation. Some practical conclusions have been also shown concerning the bearing capacity of a foundation on an unsaturated soil layer and the stability of rock block interpreted as a cantilever bean under climatic actions.