Le retrait-gonflement des sols argileux (RGA) constitue un enjeu majeur pour la durabilité des infrastructures routières, notamment en France où près de la moitié du territoire est exposée à ce risque géotechnique. Sensibles aux variations hydriques, ces sols subissent des cycles de dessiccation et de ré-humidification qui induisent des déformations volumiques importantes fragilisant les chaussées et générant des coûts de maintenance élevés. L’objectif de cette thèse est d’analyser, de manière expérimentale et multi-échelle, le comportement hydromécanique des sols argileux sous chaussée et d’évaluer l’efficacité d’une stabilisation innovante par injection de nano-silice. Dans un premier temps, plusieurs argiles naturelles et industrielles sont caractérisées, en termes de propriétés géotechniques, de microstructure (MEB/EDS) et de composition minéralogique (DRX), complétées par une analyse de la porosité (tomographie X et porosimétrie au mercure). Ces investigations ont mis en évidence le rôle déterminant de la minéralogie et de la structure poreuse dans la sensibilité hydrique des sols. Dans un second temps, le comportement hydromécanique des sols soumis à des sollicitations monotones et cycliques de séchage-humidification est étudié. Les essais montrent que les déformations de retrait-gonflement et la fissuration de surface sont fortement corrélées à la teneur en minéraux gonflants. Le suivi par corrélation d’images numériques (CIN) révèle que les fissures apparaissent dès les premiers stades de dessiccation, avant même la désaturation complète, et évoluent de manière cumulative au fil des cycles. Finalement, l’effet de la nano-silice comme stabilisant est analysé avec une évaluation environnementale et économique. Les résultats montrent un comblement partiel des pores et une réorganisation microstructurale, passant d’un état dispersé à une structure floculée, améliorant la compacité et la cohésion. L’ajout de nano-silice réduit de 40 à 55 % les amplitudes de retrait-gonflement au cours des premiers cycles, avec un effet optimal pour des dosages modérés. La stabilité à long terme a été aussi évaluée par des essais de lixiviation. Les résultats confirment une très faible mobilité de la nano-silice, témoignant de sa bonne immobilisation dans la matrice argileuse et sa performante pour les RGA.