Dense uncemented Athabasca oil sand specimens exhibit unusually high peak strength, dilation with severe softening, and residual strength in drained triaxial compression tests. Computer tomography scanning, X-ray imaging, and scanning electron microscopy techniques are used to examine the microstructural features of the sheared specimens, such as interlocked structure, shear-banding pattern, and porosity distributions inside and outside shear bands. The characteristics of these microstructural features are used to explain the macrodeformation responses observed in the triaxial compression tests. Mobilization of strength components derived from interlocked structure, dilation, rolling, and critical state are analyzed for pre-peak, post-peak softening, and residual states.Resumé : Lors d'essais de compression triaxiale drainée, les échantillons de sable bitumineux dense et non cimenté d'Athabasca indiquent une résistance de pic anormalement élevée, un comportement dilatant avec radoucissement sévère et une résistance résiduelle. On a utilisé des techniques de balayage tomographique par ordinateur, d'imagerie aux rayons X et de microscopie électronique à balayage (MEB) pour étudier les propriétés micro-structurales des échantillons cisaillés, comme la structure imbriquée, le motif des bandes de cisaillement, les répartitions de la porosité à l'intérieur et à l'extérieur de ces dernières. On s'est ensuite servi des caractéristiques de ces propriétés microstructurales pour expliquer les réponses en macro-déformation observées lors des essais de compression triaxiale. La mobilisation des composantes de la résistance qui dérivent de la structure imbriquée, de la dilatance, du chevauchement par roulement et de l'état critique a été analysée pour des états avant pic, après pic avec radoucissement et pour l'état résiduel.Mots clés : sables bitumineux, structure imbriquée, bande de cisaillement, état critique.[Traduit par la Rédaction] Wong 735 Fig. 3. Computer tomography images of (a) intact specimen, and specimens with lubricated ends sheared at (b) 20 kPa and (c) 600 kPa.