L'objectif de ce mémoire est de faire une présentation synthétique des activités de recherche que j'ai menées au sein du LMT Cachan depuis neuf ans et de mettre en avant le fil conducteur du travail réalisé. Ce travail est la synthèse de collaborations avec différents chercheurs, industriels, doctorants et stagiaires de M2.Trois thèmes principaux seront développés ici. Ils concernent, comme le titre du mémoire l'indique, la modélisation mécanique et numérique de structures soumises à un impact. Afin de pouvoir proposer des méthodes prédictives de dimensionnement, je me suis attaché à aborder les trois éléments de bases : la modélisation du matériau, l'expérimentation sur structures et la modélisation numérique. En plus de ma notice individuelle, ce document présente donc les principaux résultats obtenus dans chacune des trois thématiques suivantes : Développement de lois de comportement adaptées à la dynamique Calculs sur structures industrielles Caractérisation expérimentale Pour chacun de ces trois thèmes, les motivations du travail et les principaux apports sont présentés en compléments de la copie d'un article représentatif des activités menées. La première partie est consacrée au premier thème de recherche développé, à savoir la modélisation du comportement des matériaux, tout particulièrement le béton, soumis à des sollicitations dynamiques. Je présenterai dans celui-ci un bref rappel du modèle développé lors de ma thèse de doctorat et qui a servi de base de travail pour une thèse que j'ai co-encadrée. Dans un deuxième temps, je présenterai un modèle d'endommagement anisotrope qui a fait l'objet de nombreux développements et publications ces dernières années. Enfin, je finirai par présenter un modèle utilisé pour les matériaux composites et que j'ai été amené à utiliser. Le seconde chapitre vise à présenter mes principales contributions concernant le développement de méthodes multiéchelles pour la représentation des matériaux et/ou de structures sous chargement sévère. Ainsi, je commencerai par présenter une approche ou le matériau n'est plus considéré comme homogène mais constitué d'une matrice et d'inclusions plus ou moins rigides. Ensuite je m'attarderai un peu plus sur deux méthodes numériques développées pour la modélisation de structure. Ces deux méthodes sont le fruit de mon passage dans le secteur ''Structures et Systèmes'' du LMT Cachan pendant 4 ans. Ceci m'a permis d'étoffer le champs de mes connaissances dans les matériaux composites et dans la méthode LATIN développée au laboratoire. La troisième partie est liée au développement d'outils de calcul prédictifs pour les problèmes d'impact. C'est pourquoi je commencerai par présenter des essais sur tour de chute que nous avons développés en collaboration avec le CEA Saclay. Ces essais nous ont ensuite été utiles pour montrer les capacités de prédictions des différentes modélisations développées. Ceci a été confirmé par la simulation d'essais de souffle et d'impact de réacteur d'avion sur des dalles en béton armé réalisés dans les années 90. Finalement, quelques perspectives sur mes activités de recherche sont proposées à la fin de ce document. Cette dernière partie présente notamment les activités de recherche et d'encadrement qui débute cette année. L'annexe correspond à mon dossier professionnel. Il contient, en plus de mon CV, mon implication dans divers contrats de recherche, mes activités d'encadrement, ainsi que la liste de mes publications scientifiques.

The standard design procedure of reinforced concrete frame structures starts with linear analysis to obtain the corresponding diagrams of stress resultants (bending moment, shear and axial force), followed by the ultimate analysis of each cross section. The main disadvantage of such a design procedure concerns the (highly) statically indeterminate frames, where the failure of each beam or column would not imply the complete failure of the structure, but would lead to a significant stress resultant redistribution with respect to the result obtained by linear analysis. For that reason, we propose the performance based design procedure where the behavior until complete failure of beam-column and frames imposes to consider so-called plastic hinges corresponding to the zones where plasticity and/ or damage localizes. Engineering structures are usually statically indeterminate, so that the total failure of one member would affect the global response of the structure but it would not lead to a complete loss of the structural integrity. Moreover, being capable of describing the softening response of the members of one particular structure can provide an estimate of the residual life of a partially damaged structure. Such a procedure can also help to provide a more detailed crack description, which is needed to make decisions about the maintenance and repairs.

Le béton est un matériau hétérogène complexe dont les déformations comportent une partie différée qui est affectée par un grand nombre de facteurs tels que la température, l'humidité relative et l'évolution de la microstructure. La prise en compte des déformations différées et en particulier du fluage est indispensable dans le calcul des ouvrages en béton tels que ceux destinés à stocker des déchets radioactifs. Ce travail de thèse a pour objectifs : (1) de développer un modèle de fluage simple et robuste pour le béton en faisant appel à la micromécanique et en tenant compte de l'endommagement et des effets thermiques et hydriques ; (2) d'implanter numériquement le modèle développé dans un code de calcul par éléments finis de façon à pouvoir simuler le comportement d'éléments de structure simples en béton. Pour atteindre ce double objectif, le travail est scindé en trois parties. Dans la première partie, le matériau cimentaire est à l'échelle microscopique supposé être constitué d'une matrice viscoélastique linéaire caractérisée par un modèle de Maxwell généralisé et de phases particulaires représentant les granulats élastiques et les pores. Le schéma micromécanique de Mori-Tanaka, la transformée de Laplace-Carson et son inversion sont alors utilisés pour obtenir dans l'espace temporel des estimations analytiques ou numériques de ses paramètres mécaniques et hydromécaniques. Ensuite, le modèle micromécanique de fluage obtenu est couplé au modèle d'endommagement de Mazars via le concept de pseudo-déformations introduit par Schapery. Les paramètres intervenant dans le modèle viscoélastique endommageable ainsi établi sont systématiquement identifiés à l'aide de données expérimentales. Enfin, la prise en compte des effets de la température et de l'humidité relative dans le modèle viscoélastique endommageable est basée sur la méthode du temps équivalent ; l'efficacité de cette approche est démontrée et discutée dans le cas de chargements simples de fluage

De nos jours, la corrosion des armatures engendre une usure accrue des structures en béton armé suscitant une inquiétude grandissante de la population. Afin d’éliminer ce problème, l’utilisation de barres d’armature en polymères renforcés de fibres (PRF) représentent une solution de substitution des barres d’armature en acier. Le projet de recherche s’effectue dans le cadre de la réfection complète en armatures composites de la dalle du quai de déchargement à l’incinérateur de la ville de Québec. En fait, les matériaux composites sont considérés, car ils constituent une solution alternative à l’acier et sont très avantageux considérant leurs propriétés mécaniques et leur comportement. Cependant, il y a toujours un manque d’informations sur la durabilité de ces types de barres soumises à des charges cycliques dans un environnement agressif. Le projet de recherche vise à étudier le comportement en service sur une toute nouvelle application, soit une dalle d'un quai de déchargement de déchets et l’expérimentation s’est effectuée à l’incinérateur de Québec. L’objectif global du projet est de caractériser le comportement en service (flèche, fissuration, déformation) des PRFV sous des sollicitations environnementales particulières et sous des charges importantes à l’intérieur du bâtiment. L’ouvrage est constitué d’une dalle de béton unidirectionnelle de 200 mm d'épaisseur supportée par des poutres de béton à travées multiples variant approximativement de 6 à 11,5 m. Cette dalle, ayant une surface approximative de 1300 mètres carrés, est conçue conformément à la norme CAN/CSA-S806-02¹ ainsi que la norme CAN/CSA-S6-06². Lors de la construction, des équipements de mesure ont été installés à des endroits stratégiques, ce qui a permis d’effectuer des études paramétriques, plus particulièrement sur la flèche, la fissuration ainsi que sur l’augmentation des contraintes et des déformations. Ces études sont requises étant donné que les critères en service prônent sur les critères de résistance lors de la conception. Afin de caractériser le comportement en service de l’ouvrage, des essais de chargement ont été réalisés, et ce, avec les camions-vidanges. La validation et la comparaison des résultats expérimentaux et théoriques ont permis de déterminer si les normes actuelles surestiment certaines valeurs pour le calcul des états limites de service.

Résumé: Au Québec, la majorité du réseau routier, construit dans les années 1960-1970, montre des signes manifestes de vieillissement. Aussi, l’augmentation du trafic routier et les conditions climatiques rigoureuses, rendent difficile l’entretien et l’exploitation des chaussées routières dans ce territoire nord-américain. Effectivement, ces conditions environnementales engendrent des dégâts importants pour les chaussées routières, principalement en hiver. L’emploi de sels de déglaçage pour lutter contre le gel accentue les facteurs de dégradation des routes surtout pour les chaussées rigides jointées en béton. Les phénomènes de détérioration se manifestent notamment par la corrosion des aciers au niveau des joints qui sont des éléments structuraux garantissant la durabilité des routes. Les chaussées rigides jointées ou « dalles courtes goujonnées » sont encore principalement dimensionnées avec des goujons en acier placés au droit des joints. Un des rôles de ces structures est de contrôler la fissuration due aux conditions thermiques et environnementales. Pour pallier ces désordres, le Ministère des Transports du Québec (MTQ) se tourne vers de nouvelles techniques et des matériaux plus performants afin d'assurer la pérennité des ouvrages. Avec l'évolution rapide des méthodes et des connaissances en matière de conception des chaussées, ainsi qu'avec l'apparition de nouvelles technologies et de nouveaux produits, le ministère met l'accent sur la recherche et le développement. Cela a permis de mettre au point des techniques novatrices et de concevoir diverses technologies au contexte québécois. Justement, un des axes de recherche et de développement se porte sur les matériaux composites qui ont récemment donné de bons résultats dans le domaine du génie civil. C’est pourquoi des goujons en polymères renforcés de fibres de verre (PRFV) apparaissent comme une solution à la corrosion des armatures de liaison en acier. Elles accroissent ainsi une durabilité à moindres coûts : la durée de service est allongée, l’entretien et l’impact sur les personnes et le trafic sont réduits. Ce projet propose une optimisation de dimensionnement structural sur des spécimens de dalles de chaussées jointées, en vue de leur utilisation dans de nouveaux projets.Les goujons de PRFV qui font l’objet de ces essais sont fabriqués par la compagnie Pultrall Inc. de Thetford Mines (Québec, Canada). La résine utilisée pour les PRFV est uniquement une résine vinylester et les goujons ont des diamètres allant de 28,6 mm à 34,9 mm. Enfin, un seul type de sol est utilisé dans le cadre de ce projet ; il s’agit d’un type de sol dont la particularité recherchée est son module de réaction.||Abstract: In Quebec, the majority of the road network was built in the 60's - 70's and show obvious signs of ageing. Moreover, the increase of road traffic and the rigorous weather conditions, render the maintenance and the exploitation of roads in this Northern American part quite difficult. Indeed, these environmental conditions cause severe damages for roads, especially in winter. The degradation factor of the jointed rigid pavement is intensified by the highway salt. So, the phenomena of deteriorations appears mainly by the corrosion of the steel at the joints (structural elements) guaranteeing the durability of roads. The jointed rigid pavements or "short jointed pavements" are still mainly sized with steel dowels placed at the lining of joints. One of the main functions of these structures is to control the formation of cracking due to the thermal and environmental conditions. In order to reduce these , disorders, the Ministry of Transport of Quebec (MTQ) turned towards new techniques and innovative materials to ensure the longevity of roads. With the rapid evolution of specific methods and knowledge in roads design, joined with technologies and new products, the MTQ emphasizes the research and development. That way, advanced techniques and diverse technologies in the Quebecois context are settled. As a matter of fact, one of the axes of these development researches concerns the composite materials which have recently been given good results in the civil engineering area. That is why Glass Fibre-Reinforced Polymer (GFRP) dowels bars appear as a solution to the steel corrosion. In fact, they provide better durability with lower costs: the increase of service life as well as the decrease of maintenance persons and traffics impac. Thus, this project proposes an optimization of structural design of GFRP dowels for transverse jointed highway pavement slabs, also keeping in mind their use in new projects. The GFRP dowels which are given in this essay are made by the Pultrall Inc. Company from Thetford Mines (Quebec, Canada). The resin used for the polymer materials is only vinylester resin and the dowels have diameters going from 28.6 mm to 34.9 mm. Finally, only a stiff base is used for the road, its particularity is the modulus of subgrade reaction.

Ce mémoire présente les résultats d’une étude expérimentale traitant du retrait et du comportement à la fissuration des barrières de béton renforcé d'acier et de PRFV soumises à des conditions réelles d'environnement et de chargement. Grâce à une collaboration entre le Ministère des Transports du Québec (MTQ) et l'Université de Sherbrooke, un projet de suivi d’une barrière de type MTQ202ME a été effectué. La barrière a été construite sur un pont de six voies conçu d’un béton haute performance ayant une résistance à la compression de 50 MPa à 28 jours. Située sur l’autoroute 410, à Sherbrooke, la barrière à l'étude fait partie du viaduc qui a été construit en juin 2010. La barrière sépare le pont de six voies en trois voies dans chaque direction. Le suivi de la glissière comprend deux sections dont une de 23 m et une de 24 m de longueur. La première section (24 m) a été renforcée avec des barres de PRFV et la seconde (23 m) a été renforcée avec des barres d’acier galvanisé. L'objectif principal de cette étude est d'évaluer le comportement au retrait empêché et à la fissuration de cette barrière médiane. Ainsi, un suivi de l'ouverture des fissures, de leur propagation ainsi que de l'évolution des contraintes a été effectué dans les deux sections de PRFV et d'acier. Par ailleurs, l'effet du retrait à jeune âge et de la fissuration du béton à haute performance a été saisi grâce à ce suivi. Les barres de PRFV ont été instrumentées avec des jauges à fibres optiques (FO), tandis que les barres d'acier ont été instrumentées avec des capteurs à corde vibrante (CCV). Des thermocouples (TH-T) ont également été utilisés pour mesurer la température. En plus des FO et des CCV, des jauges électriques (JE) ont également été utilisées pour des mesures de déformation supplémentaire. Les capteurs à corde vibrante et les thermomètres ont été reliés à deux multiplexeurs et à un système d'acquisition de données pour enregistrer les lectures, tandis que les capteurs FO ont été reliés à une imité d'acquisition pour FO de 16 canaux. Cependant, les lectures des JE ont été capturées manuellement à l'aide d’une unité de lecture pour jauge électrique. Enfin, une modélisation par éléments finis de la barrière a été conçue et comparée avec les valeurs expérimentales obtenues. Cette recherche doit évaluer la quantité optimale de renfort longitudinal nécessaire pour contrôler les largeurs de fissurations du béton armé de PRF au même niveau que le béton armé traditionnel. Dans un proche avenir, il serait possible d’envisager que, grâce à ce projet de recherche, plusieurs ouvrages renforcés de ce type de PRF pourraient être construits.||Abstract: This thesis presents the results and analysis of an experimental study to investigate the shrinkage and cracking behaviour of GFRP- and steel-reinforced concrete barriers subjected to real environmental and load conditions. Through a collaboration project between the Ministry of Transportation of Quebec (MTQ) and the University of Sherbrooke, the field monitoring of GFRP- and steel-reinforced concrete barriers type MTQ 202ME was conducted. The barriers are constructed on a 6-lane concrete bridge using high-performance concrete with a compressive strength of 50 MPa after 28 days. The barrier under consideration was incorporated in a new Highway 410 Overpass Bridge, located in Sherbrooke, Quebec, which was cast in June 2010. The barrier separate the six-lane bridge into three lanes in each direction. The field monitoring included two sections of 23 m-long and 24 m-long. The first section (24 m-long) was reinforced with GFRP bars and the second one (23 m-long) was reinforced with galvanized steel bars. The main objective of this investigation was to evaluate the restrained shrinkage cracking behaviour of median barriers by monitoring the crack initiation and propagation as well as the strain evolution in both GFRP- and steel-reinforced sections. Besides, the effect of early age shrinkage and cracking of the high-performance concrete was captured thought the monitoring. The GFRP bars were instrumented with fiber-optic sensors (FOS) at different locations along the barrier length while the steel bars were instrumented with vibrating wire strain gauges (VWSG). Thermometers (TH-T) were also used for temperature measurements. In addition to the FOS and the vibrating wire strain gauges, electrical resistance strain gauges (ESG) were also used for additional measurements. The vibrating wire sensors and thermometers were connected to two multiplexers and a Datalogger to capture their readings while the FOS sensors were connected to a 16-channel DMI unit to capture and store their readings. The readings of the ESG, however, were captured using the P-3500 readout unit. Finally, a finite element model of the barrier was designed and compared with experimental values obtained. This research is to assess the optimal amount of longitudinal reinforcement necessary to control the crack width of FRP reinforced concrete at the same level as the steel reinforced concrete. In the near future, it would be possible to believe that through this research project several retaining structures reinforced with FRP could be built.

L'estimation des pertes de précontrainte liées aux déformations différées des bétons est un sujet d'intérêt pour la maintenance à long terme d'ouvrages de génie civil tels que les enceintes de confinement des centrales nucléaires. L'objectif de ce travail de doctorat est d'améliorer la prise en compte des particularités morphologiques de la microstructure des bétons pour estimer le comportement à long terme des bétons précontraints. Cette étude est limitée au cadre de la mécanique des matériaux et à la théorie de l'homogénéisation : le béton y est décrit comme un matériau composite constitué de granulats élastiques enchâssés dans une matrice cimentaire viscoélastique linéaire vieillissante. Les outils novateurs mis en œuvre sont la tomographie par rayons X et la simulation numérique 3D.On distingue sur les images de tomographie les granulats, la matrice cimentaire et l'air occlus. Mais l'extraction de données morphologiques de ces images est une tâche difficile à systématiser. En revanche, la construction numérique de microstructures matrice-inclusions et la simulation numérique 3D en viscoélasticité linéaire se sont montrées assez robustes pour permettre l'étude de l'influence de paramètres morphologiques (fraction volumique, granulométrie et forme des inclusions) sur le comportement macroscopique estimé. Le schéma d'homogénéisation semi-analytique de Sanahuja dédié aux matériaux composites viscoélastiques linéaires vieillissants a été étendu aux cas d'inclusions ellipsoïdales pour étudier l'influence du rapport d'aspect des inclusions sur le comportement viscoélastique vieillissant d'un béton. Les estimations du comportement macroscopique par les simulations numériques 3D restent proches de celles obtenues par les schémas d'homogénéisation semi-analytiques. Ainsi, il reste difficile d'expliquer la dispersion des résultats expérimentaux de Granger par l'homogénéisation, dans la mesure où les bétons de Granger ont des formulations similaires. Enfin, les simulations numériques 3D permettent l'estimation des contraintes dans la matrice cimentaire lorsque l'on impose à un échantillon de béton une histoire de chargement similaire à celle rencontrée sur les ouvrages / Prestress losses due to creep of concrete is a matter of interest for long term operations of containment buildings. In the present study, the time-dependent strains of concretes are estimated starting from morphological details of the microstructure. X-ray tomography provide a new way to spot such details and 3D numerical simulations are performed to estimate the time-dependent strains. Concrete is described as a composite material made of aggregates embedded in a cementitious matrix. On X-ray tomography images, aggregates can be separated from the cementitious matrix and entrained air. But extracting morphological parameters remains a difficult task. Nevertheless, building numerical matrix-inclusion microstructures and performing 3D numerical simulations proved a reliable way to estimate the influence of morphological features such as a the volume fraction of aggregates or the sieve curve on the time-dependent strains of concretes. Moreover, the semi-analytic homogenization scheme of Sanahuja dedicated to linear aging viscoelastic composite materials has been extended to the case of ellipsoidal inclusions to study the influence of the aspect ratio of the aggregates on the time-dependent strains of concretes.3D numerical estimates of the overall time-dependent behavior of concrete are similar to the ones produced by semi-analytical homogenization schemes. Hence, explaining the differences between the experimental measurements of the time-dependent strains of concretes performed by Granger remains challenging given the similarities between their mix designs. Lastly, 3D numerical simulations are performed on a sample of concrete to estimate the local stress in the cementitious matrix, the history of loading being representative of the one experienced in a containment building

La consommation de béton devient de plus en plus importante en raison d'une urbanisation accrue nécessitant la réhabilitation et la construction de bâtiments et d'infrastructures. Néanmoins, la production de béton qui doit accompagner le développement urbain entraîne des problèmes environnementaux relatifs à la préservation des ressources naturelles qui ne sont pas inépuisables. Malgré des efforts de recyclage, la plupart des matériaux recyclés sont généralement utilisés pour les travaux routiers ou de remblai. En s'inscrivant dans le Projet National Recybéton (PN), ce travail de thèse a pour objectif d'apprécier la valorisation du recyclage des matériaux issus des bétons déconstruits en les intégrant dans de nouveaux bétons. Deux types de matériaux recyclés sont étudiés, les fines qui sont produites en quantités importantes lors de la phase de concassage du béton d'ouvrage démoli, et les granulats (sable et gravillon) qui sont pour la plus grande part issus des granulats naturels initiaux. Le présent travail a donc pour mission de quantifier des propriétés des matériaux cimentaires aux différents états lors de l'utilisation de : * granulats recyclés dans le squelette granulaire, * fines de sable broyé (SBC) et de fines de dépoussiérage (FBC) en tant qu'additions minérales. La première partie est dédiée à l'étude de l'influence de l'état hydrique des granulats recyclés (sable et gravillon) sur l'évolution de la rhéologie du béton dans le temps, et à l'étude de leur incidence sur la résistance à la compression à 28 jours. Les résultats obtenus dans la limite du contexte expérimental nous permettent de suggérer des recommandations sur l'état hydrique initial des recyclés et sur leur taux d'incorporation dans le mélange de béton. La deuxième partie présente l'évaluation de la faisabilité d'utiliser des sables de bétons concassés et des fines de bétons concassés (récupérées industriellement) comme addition minérale dans les matériaux cimentaires. A partir des résultats obtenus, il est possible d'apprécier dans quelle mesure ces fines sont compatibles avec les matrices cimentaires aux états frais, durcissant et durci. La troisième partie propose une piste pour limiter le problème de la Réaction Alcali-Granulat (RAG) dans le béton de granulats recyclés. La stratégie est basée sur deux volets. La première insiste à vérifier l'applicabilité du fascicule de documentation FD P18-464 lors de l'utilisation de granulats recyclés. Le deuxième examine l'intérêt de l'utilisation des additions minérales pour limiter, voire empêcher la RAG. / The concrete consumption has been becoming more and more important due to the increase of urbanization requiring the rehabilitation and the construction of buildings and infrastructure. Nevertheless, the concrete production that accompanies the urban development leads to many environmental problems related to the preservation of natural resources which are not inexhaustible. Despite of recycling efforts, most of recycled materials are typically used for road works or embankment. By participating in the French National Project Recybéton, this thesis aims to assess the enhancement of recycling materials issued from deconstructed concretes by incorporating them in new concrete design. Two types of recycled materials will be studied, the powder produced in large quantities during the crushing phase of demolished concrete, and the aggregates (sand and gravel) whose the most part issued from the initial natural aggregates. Therefore, research study aims to quantify the properties of cementitious materials in various states by the use of: • recycled aggregates in the granular skeleton, grinded recycled concrete sand and powder of dust removal as supplementary cementing materials. The first part is dedicated to the study of the influence of moisture states of recycled aggregates (sand and gravel) on the concrete's rheology evolution in time and the study of their impact on 28 days compressive strength. The results obtained within the limit of experimental context will allow suggesting recommendations on the initial moisture state of recycled aggregates and their incorporation's rate in the concrete mix. The second part presents the evaluation of the feasibility of using grinded recycled concrete sand and crushed concrete powder (industrially recovered) as supplementary cementing materials. From the results, it will be possible to assess the extent that these fines are compatible with cement matrix in the fresh state, hardening state and hardened state. The third part proposes a way to limit the problem of Alkali-Aggregate Reaction (AAR) in recycled concrete. The strategy is based on two methods. The first insists to verify the applicability of the FD P18-464 documentation when using recycled aggregates. The second examines the interest in the use of mineral additives to limit or even prevent the AAR.

Les problématiques de sureté nucléaire passent par l’évaluation des installations existantes et notamment des enceintes de confinement. L’enceinte est un double sarcophage en béton armé. Elle constitue une barrière protégeant à la fois le réacteur d’une agression extérieure mais aussi protégeant l’extérieur d’une éventuelle fuite en cas d’accident. Le bon fonctionnement de l’enceinte est assuré lorsqu’elle remplit ses fonctions de résistante et d’étanchéité. L’évaluation de ces deux fonctions se fait notamment par le suivi de l’état de fissuration de l’enceinte.La fissuration du béton est associée au développement de micro-fissures qui apparaissent lorsque les contraintes locales du matériau sont dépassées. Il résulte de ces micro-fissurations la libération d'énergie qui se propage dans le matériau sous la forme d'ondes mécaniques. La détection de ses ondes permettra de remonter à leur source et de caractériser l’état d’endommagement du matériau.L’émission acoustique (EA) permet, à l’aide d’un réseau de capteurs piézoélectriques placés sur la surface, d’enregistrer les signaux issus de la libération d’énergie mécanique émise par les microfissures au sein du matériau. L’analyse des temps de vol de ces ondes permet entre autre de localiser les micro-fissurations au sein du matériau. Cette particularité de l’EA est donc parmi les techniques passives d’inspection pour le suivi de l’endommagement et de la fissuration du béton.Cependant, la précision des outils de localisation existants est fortement dépendante des méthodes d’analyse des signaux d’EA enregistrés. Cette dépendance constitue un verrou important qu’il est nécessaire de lever afin d’assurer le suivi spatial de la propagation de fissures le plus fiable possible. Par ailleurs l’identification des mécanismes sources d’EA est un enjeu crucial car il permet de caractériser les différents phénomènes qui interviennent lors de la propagation de fissure.Sur la base d’essais de fissuration et d’endommagement thermique du béton nous avons montré l’effet des stratégies de localisation sur la représentation de l’endommagement. A partir de ces résultats nous avons montré qu’une analyse spatiale basée sur la densité d’événements acoustique et l’énergie libérée permettait de suivre la propagation de l’endommagement thermique mais aussi de la fissuration dans les éprouvettes. Une analyse originale des signaux par inter-corrélation est proposée afin de regrouper les signaux en classes. Enfin les méthodes développées ont été appliquées pendant les essais d’ouverture et de refermeture d’une fissure sur la souflerie de l’Onera ainsi que sur la maquette « Vercors » d’EDF qui représente une enceinte de confinement de centrale nucléaire à l’échelle 1/3. / Nuclear safety issues involve the evaluation of existing installations, and in particular of containment systems. The enclosure is a double sarcophagus of reinforced concrete. It constitutes a protective barrier to both the reactor of an external aggression but also an agent of protection of the exterior of a possible leak in case of accident. The correct functioning of the enclosure is ensured in full filling of the functions of resistance and sealing. The evaluation of these two functions in particular for monitoring the state of cracking of the enclosure.The cracking of the concrete is associated with the development of micro-cracks which appear when the local stresses of the material are exceeded. As a result of these micro-cracks, the release of energy is propagated in the material in the form of mechanical waves. This phenomenon is called "acoustic emission".Acoustic emission (EA) is also the name of the technique used to directly measure the manifestation of these micro-cracks. The EA consists of recording, by means of a network of piezoelectric sensors placed on the surface, the ultrasonic waves emitted by the micro-cracks within the material. This particularity of the AE places it at the forefront of inspection techniques for monitoring the damage and cracking of concrete.The accuracy of the existing location tools is highly dependent on the methods of analyzing the recorded EA signals. This dependence constitutes an important lock that must be lifted in order to ensure the spatial follow-up of the most reliable crack propagation possible. Moreover, the identification of the source mechanisms of EA is a crucial stake because it makes it possible to characterize the different phenomena that intervene during the propagation of crack.On the basis of tests of cracking and thermal damage of the concrete we shown the impact of the strategies of localization on the representation of the damage. Based on our results, we proposed a spatial analysis based on the acoustic event density and the released energy allowing to follow the propagation of the thermal damage also of the cracking in the specimens. An original analysis of the signals by cross-correlation is proposed in order to group the signals into classes. Finally, the methods developed were applied during crack opening and referencing trials on the Onera blower and on a 1/3 scale model of a nuclear power plant confinement enclosure called “Vercors”.

La corrosion des aciers dans le béton armé conduit à la formation de produits de corrosion (PdC) qui, outre les pertes de section, génère des contraintes mécaniques à l’interface acier/béton qui mènent, à terme, à la fissuration du béton. Le diagnostic de ce type de dégradation est souvent difficile et limite l’évaluation de l’aptitude au service de l’ouvrage, la prédiction de l’évolution des dégradations et le choix adapté d’une méthode de réparation. L’objectif de cette étude est de préciser et de quantifier les relations entre les dégradations internes dues à la corrosion de l’armature (formation de PdC et fissuration du béton) et les dégradations externes (fissuration du béton).Un programme expérimental a été défini pour appréhender ces mécanismes de dégradations. La corrosion des armatures des corps d'épreuve en béton armé confectionnés dans le cadre de cette étude a été générée de manière artificielle et accélérée en présence d'ions chlorure sous un courant imposé en considérant trois densités de courant (50,100 et 200 µA/cm²) et différentes durées.Les caractérisations électrochimiques avant et après corrosion accélérée ont permis de démontrer le passage de la corrosion passive à active des armatures dans le béton à l'échelle macroscopique. L'analyse au MEB des PdC créés à l’interface acier/béton (échelle microscopique) a montré une hétérogénéité importante de ces PdC autour de l'armature, en termes de répartition et d'épaisseurs (entre 0 et 1584 µm). Cette hétérogénéité peut s'expliquer par l'évolution des zones anodiques et cathodiques étant donné la dissymétrie géométrique des corps d’épreuve, les conditions de l'essai accéléré qui engendrent des environnements différents (gradients d'humidité, d'ions chlorure et d'oxygène) et la nature du matériau béton (granulats, porosité).La fissuration interne (orientation, ouverture et longueur de fissures) et externe (ouverture maximale de fissure) du béton d’enrobage induite par la formation des PdC a été analysée. Les faciès de fissuration internes sont constitués d’une à cinq fissures réparties en trois groupes. Les premier et second groupes rassemblent les fissures horizontales et les fissures verticales progressant des côtés de plus petit enrobage. Le troisième groupe est formé des fissures obliques situées du côté opposé aux fissures horizontales. Les ouvertures de fissures internes sont comprises entre 0,1 et 0,4 mm et leurs longueurs entre 1 et 3 cm. Les ouvertures de fissures externes maximales, localisées sur les faces du faible enrobage, varient entre 0,1 et 0,7 mm.L’effort maximum appliqué durant les essais d’arrachement diminue en fonction du taux de corrosion, mais ces taux se sont révélés trop faibles pour influencer la loi de l’interface acier/béton. Le mécanisme prépondérant de rupture observé est l’éclatement du béton d’enrobage qui est resté inchangé avec le niveau de corrosion.Un scénario de « cause à effet » entre la corrosion de l’armature et la dégradation mécanique du béton a été proposé en prenant en compte l'ensemble des résultats.A partir des nombreuses données expérimentales acquises, deux modèles ont été élaborés. Un premier modèle a été développé pour expliquer l’initiation et le développement de la corrosion des aciers. Les résultats numériques permettent de déterminer l’instant d’amorçage de la corrosion selon la densité de courant.Une deuxième modélisation qui a pour objectif d’analyser le comportement mécanique du béton armé corrodé a été mise en place. Les résultats ont montré que la seule prise en compte des épaisseurs de PdC (donnée d'entrée expérimentale) n'était pas suffisante pour obtenir un résultat numérique en adéquation avec le faciès de fissuration interne obtenu expérimentalement. Dans une seconde étape, la prise en compte de nouvelles répartitions des épaisseurs des PdC a permis d'améliorer la concordance entre les résultats numériques et expérimentaux / Corrosion of steel in reinforced concrete generates iron oxides which induce tensile stresses at the steel/concrete interface leading to the concrete cover cracking and loss of reinforcing bar cross-section. The evaluation of such pathology remains difficult and consequently limits the assessment of the structure serviceability, the knowledge on the degradation evolution, and the choice of a suitable repair method. The aim of this study is to correlate internal degradations (corrosion products formation and concrete cracking) induced by steel corrosion to external degradations (concrete cracking).The experimental program aims to determine these degradation mechanisms. The accelerated corrosion tests are carried out on reinforced concrete specimens in the presence of chloride ions by applying a constant current using three current densities (50,100 and 200 µA/cm²) during different exposure periods.Electrochemical properties of reinforced concrete specimens are determined before and after the accelerated corrosion tests. The quantitative evaluation of the corrosion products at the steel/concrete interface based on SEM observations (microscopic scale) demonstrates an important heterogeneity in the distribution and thicknesses (between 0 and 1584 µm). This heterogeneity can be explained by the evolution of anodic and cathodic zones due to different factors such as the non symmetric geometry of the specimens, the accelerated corrosion test environment (moisture, chloride ions and oxygen gradients), and the characteristics of concrete (aggregates, porosity).The internal (angular position, width, and length of cracks) and external crack patterns (maximum crack width) induced by the formation of corrosion products are analyzed. One to five internal cracks are identified in the internal crack patterns and they are classified in three groups. The first and second groups contain horizontal and vertical cracks which propagate in the direction of the shortest concrete cover. The third group is constituted of oblique cracks which are located in the opposite side of the horizontal cracks. The widths of the internal cracks range between 0.1 to 0.4 mm and their lengths between 1 to 3 cm. The maximum external crack widths are between 0.1 to 0.7 mm and are located on the shortest cover sides of the specimens.The maximum effort applied during the pull-out tests decreases with increasing levels of corrosion. However, the corrosion levels reach during the tests are too low to affect the steel/concrete interface behavior. The failure mode identified during the testing is concrete splitting failure regardless the corrosion level. A cause/effect scenario is proposed between steel corrosion and the mechanical induced degradation considering all experimental results.Based on experimental results, two models are proposed. The first one is developed to explain corrosion initiation and propagation. This model is able to determine the corrosion initiation time for each current density.The second model analyses the concrete cover mechanical behavior. The numerical results show that taking into account only the thickness of corrosion products (as an experimental input) does not generate a numerical cracking pattern similar to the experimental one. Then, complementary calculations considering a different distribution of the corrosion product’s thicknesses allow enhancing the agreement between experimental and numerical results