La connaissance du comportement différé du béton soumis aux charges élevées est nécessaire pour prévoir la durée de vie des structures à long terme. En particulier dans le cas des ouvrages d’art, cette connaissance est primordiale pour prédire les flèches, l’ouverture de fissure, la redistribution des contraintes dans les structures hyperstatiques et les pertes de précontrainte dans des structures en béton précontraint. Par ailleurs, la prédiction de l’évolution de la fissuration dans le temps, dans le but d’estimer la durée de vie des structures, est une perspective avantageuse et prometteuse que seuls les modèles numériques pertinents au regard des mécanismes de fissuration du béton peuvent offrir. L'objectif de ce travail, pour premier temps, s’intéresse aux mécanismes de fluage non linéaire dans le béton, puis développer un modèle numérique permettant de simuler le fluage tertiaire qui est supposé être à l’origine de l’interaction entre humidité relative et la microfissuration afin de prédire la flèche et l’ouverture de fissure et, a fortiori, la durée de vie. Ce modèle a été développé dans le code aux éléments finis OOFEM, se basant sur le modèle de réseau (lattice model). Pour ce faire, trois programmes ont été mis en route. Le premier consiste à valider le problème de couplage hydro-mécanique en étudiant l’évolution de la perméabilité du béton lors de la traction d’une barre d’armature. La deuxième vise à développer et implémenter les équations non linéaires de transfert de l’humidité relative couplées avec l’endommagement pour prévoir l’ouverture de fissure des poutres préfissurées en flexion quatre points soumis à une charge maintenue élevée. Finalement, le programme expérimental a été réalisé sur des poutres entaillées en flexion quatre points pour valider le modèle proposé, en utilisant la technique de corrélation d’images. Les effets de l’hétérogénéité et le rapport Eau / Ciment (E/C) ont été considérés lors de l’évolution de l’ouverture de fissure. Les résultats montrent que le modèle proposé est capable de simuler l’ouverture de fissure dans le temps des bétons renforcés de fibres (BRF) sous des charges maintenues élevées. / Knowledge of the delayed behaviour of concrete subjected to a high load is necessary for predicting the serviceability of concrete structures. In particular, in the case of civil engineering structures, this knowledge is an influential aspect for predicting deflection, development of microcracking in concrete structures, stress redistribution in hyperstatic structures and prestressing losses in pre-stressed concrete structures. Moreover, the prediction of the evolution of cracking with time in order to estimate the lifetime of structures is an advantageous and promising prospect that only numerical models relevant to the mechanisms of cracking of concretes can offer. The objective of this work is first to investigate the mechanisms of tertiary creep in concrete and then to develop a numerical model to simulate the nonlinear creep behaviour which is supposed to cause the interaction between relative humidity and microcracking in order to predict the deflection and the crack opening as well as the lifetime. This model was developed in the OOFEM finite element code, based on the lattice method. To perform this, three programs were launched. The first one was to validate the hydromechanical coupling problem by examining the evolution of the permeability of reinforced concrete under tensile loading. The second program aimed at developing and implementing the non-linear equations of the relative humidity transfer coupled with damage mechanics to predict the crack opening of the four points bending test on pre-cracked beam subjected to a high sustained load. Lastly, the experimental program was carried out on beams notched to validate the proposed model, using the digital image correlation technique. The effects of heterogeneity and the water-to-cement ratios (E/C) were considered to estimate the effect of those parameters during the evolution of the crack opening. The results show that the proposed numerical model is capable of simulating the deflection and crack opening with time of fiber reinforced concrete (FRC) under high sustained loads.

Titre de l'écran-titre (visionné le 11 janvier 2024) / L'industrie du béton est responsable d'environ 6% des émissions de gaz à effet de serre dans le monde. Sa contribution à la lutte contre les changements climatiques est donc essentielle pour atteindre les cibles fixées par les différents pays à ce sujet. L'objectif de cette étude est de contribuer à ce défi en développant des technologies de contrôle qualité du béton frais qui permettront, à terme, de réduire le gaspillage de béton et d'améliorer sa qualité. La propriété du béton frais étudiée ici est la maniabilité. Celle-ci influence la plupart des qualités de l'ouvrage, ce qui en fait un paramètre important à surveiller lors de la livraison de béton prêt à l'emploi, afin d'obtenir les propriétés mécaniques requises du béton à l'état durci. L'objectif est donc de développer une méthode d'estimation de l'affaissement pour une large gamme de maniabilités du béton en utilisant des capteurs installés sur les camions malaxeurs. Dans le cadre de ce projet de recherche, un capteur de pression hydraulique, branché au moteur hydraulique des camions malaxeurs, a été utilisé pour mettre en place une telle méthode d'estimation de l'affaissement. De plus, grâce à un projet collaboratif CRSNG avec Command Alkon et Béton Provincial, il a été possible d'intégrer ce capteur de pression hydraulique dans le système embarqué de Command Alkon, qui utilise, en parallèle, une sonde à l'intérieur de la toupie pour prédire certains paramètres importants pour le contrôle qualité du béton frais, dont la maniabilité. En utilisant les données de pression hydraulique prises à une vitesse de rotation de la toupie de 3 rpm, cela a permis d'obtenir une précision satisfaisante des valeurs d'affaissement estimées, notamment pour les mélanges plus fermes. / The concrete industry is responsible for approximately 6% of greenhouse gas emissions worldwide. Its contribution to combat climate change is therefore essential in order to achieve the goals set by different countries in this regard. The objective of this study is to contribute to these goals by developing fresh concrete quality control technologies that will help reduce concrete waste and improve its quality. The property of the fresh concrete studied here is workability. It influences most of the qualities of the structure, making it an important parameter to monitor during the delivery of ready-mix concrete in order to obtain the required mechanical properties of hardened concrete. The goal is therefore to develop a method to estimate slump for a wide range of different workable concrete mixes using sensors installed on concrete mixer trucks. In the context of this research project, a hydraulic pressure sensor connected to the hydraulic motor of the mixer trucks was used to establish such slump estimation method. Furthermore, through a NSERC collaborative partnership with Command Alkon and Béton Provincial, it was possible to integrate the hydraulic pressure sensor into the embedded system of Command Alkon, which already uses a probe to predict certain important parameters for fresh concrete quality control, including workability. By using hydraulic pressure data taken at a drum rotation speed of 3 rpm, a good prediction of slump particularly for stiffer mixes was allowed.

Les systèmes à matrice cimentaire renforcée de fibres (MCRF) ont été récemment présentés comme une technique innovante de renforcement/réparation externe pour les structures en béton armé et en maçonnerie. Alors que les systèmes MCRF ont prouvé leur efficacité pour renforcer les structures simplement appuyées en termes de capacité et de ductilité, notre connaissance sur le renforcement des structures à multi-portées avec les systèmes MCRF est encore limitée. L'importance de ces structures peut être fréquemment constatée dans la plupart de nos infrastructures telles que les ponts et les garages de stationnement. Cette étude fait partie d'un grand projet qui vise à comprendre le comportement des structures à multi-portées renforcées par les systèmes MCRF. Le programme expérimental consistait des poutres à grande échelle et à deux travées qui ont été testées après avoir été renforcées par des systèmes de polyparaphénylène benzobisoxazole (PBO-MCRF) avec des différents ratios de renforcement négative/positive et avec des différents nombres de couches de renforcement. Les résultats ont confirmé que le renforcement à l'aide de PBO-MCRF a considérablement amélioré la ductilité et la capacité de flexion des poutres renforcées. Malgré le renforcement, les sections déficientes renforcées avec les systèmes MCRF étaient capables de redistribuer les moments jusqu'à 37 %, ce qui représentait 93 % de la capacité de redistribution de leurs homologues dans la poutre contrôle non renforcée. Ces résultats ont suggéré la révision des formulations de la norme Canadienne CSA et le guide ACI qui interdisaient la prise en compte de la redistribution des moments dans la conception des éléments renforcés à l'externe. De plus, un modèle d'éléments finis 3D (MEF) a été développé pour simuler le comportement en flexion non linéaire des poutres renforcées par les systèmes MCRF à l'aide d'ABAQUS. Les résultats numériques ont démontré un bon accord avec les résultats expérimentaux en termes de modes de rupture, de capacité, de ductilité et de redistribution des moments entre les sections critiques. Une étude paramétrique a ensuite été menée pour étendre les résultats obtenus et pour évaluer d'autres paramètres qui n'ont pas été inclus dans le travail expérimental. / Fabric-reinforced cementitious matrix (FRCM) systems have been recently presented as an innovative external strengthening/repair technique for reinforced concrete (RC) and masonry structures. While FRCM systems have proven their efficacy to strengthen simply supported RC structures in terms of flexure capacity and ductility, very little is known about the flexural strengthening of multi-span structures with FRCM systems. The importance of those structures can be frequently noted in most of our infrastructures such as bridges and parking garages. This study is part of a large project that aims at understanding the behavior of FRCM-strengthened multi-span RC structures. The experimental program consisted of testing large-scale two-span beams after being strengthened by Polyparaphenylene benzobisoxazole (PBO-FRCM) systems with different hogging-to-sagging strengthening ratios and different number of strengthening layers. The results confirmed that strengthening using PBO-FRCM significantly enhanced the ductility and the flexural capacity of the strengthened beams. Despite strengthening, the deficient sections strengthened with FRCM systems were capable to redistribute moments up to 37%, which represented 93% of the redistribution capacity of their counterpart sections in the unstrengthened control beam. These findings suggested the revision of the provisions of the CSA and ACI formulations that prohibited the consideration of moment redistribution in the design of externally bonded strengthened elements. Moreover, 3D finite element model (FEM) was developed to simulate the nonlinear flexural behavior of the FRCM-strengthened beams using ABAQUS. The numerical results demonstrated a good agreement with the experimental results in terms of the failure modes, the load-carrying capacity, the ductility, and the moment redistribution between the critical sections. A parametric study was then conducted to extend the obtained results and to assess other parameters that have not be included in the experimental work.

La réaction alcali-silice (RAS) reste un problème majeur de durabilité du béton. Plusieurs chercheurs ont étudié l'utilisation d'ajouts cimentaires (AC) et de certains résidus industriels comme mesure fiable pour contrôler l'expansion associable à la RAS dans le béton. Les ajouts cimentaires ont également été utilisés comme outil pour réduire l'impact environnemental de la production du ciment. À cette fin, des granulats réactifs ont été sélectionnés et combinés à différentes proportions de résidus d'aluminosilicate (SiAl) produits lors d'un processus industriel visant l'extraction du lithium dans un cadre d'exploitation minière. Des éprouvettes de barres de mortier (AMBT) et de prismes miniatures du béton (MCPT) ont été préparées avec différentes proportions de SiAl (10%, 15%, 20%, 25%, 30% et 40% de remplacement massique du ciment - systèmes binaires), de même qu'en combinant des proportions de SiAl avec des ajouts cimentaires conventionnels comme des cendres volantes (CV), du laitier de haut fourneau (LHF) et de la fumée de silice (FS) dans des mélanges ternaires, et ce afin d'évaluer l'expansion de la RAS conformément aux essais accélérés CSA A23.2-25A/28A et AASHTO T 380-19. Les résultats d'essais réalisés sur éprouvettes de béton (essai MCPT) ont montré une diminution de 82 à 89% de l'expansion aux échéances critiques pour les spécimens incorporant 15 à 25% de SiAl (systèmes binaires incorporant les granulats réactifs Spratt et Sudbury). Dans les mélanges ternaires, la tendance bénéfique était similaire et, par exemple, l'incorporation d'un pourcentage de 10%SiAl+10CV à 10%SiAl+15%CV a réduit l'expansion de 83% et 91%, respectivement, par rapport au mélange de référence composé de ciment Portland seulement (mélanges incorporant le calcaire Spratt). Ces niveaux de réduction de l'expansion par rapport à celle obtenue pour les éprouvettes de référence permettent dans bon nombre de cas de rencontrer les limites d'acceptation pour les formulations (ternaires) efficaces contre la RAS, mais pas toujours. Les éprouvettes incorporant au moins de 20% de l'aluminosilicate (SiAl) à l'étude ont permis d'atténuer l'expansion de la RAS causée par l'utilisation de granulats réactifs (Spratt et Sudbury). Pour corréler les résultats obtenus lors des essais accélérés, ceux-ci ont été comparés à des essais réalisés sur des blocs de béton fabriqués avec la même proportion d'AC et exposés à des conditions naturelles pendant 20 ans. / The alkali-silica reaction (ASR) remains a major concrete durability problem around the world. Several researchers have studied the effectiveness of supplementary cementitious materials (SCMs) and other industrial waste materials as a measure to control ASR expansion in concrete. SCMs have also been used as a tool to reduce the environmental impact of cement production. For this purpose, selected reactive aggregates were combined with an Aluminosilicate residue (SiAl) produced during lithium extraction from a mining operation. Accelerated Mortar bar (AMBT) and Miniature Concrete Prism (MCPT) tests were performed on specimens that were prepared with various SiAl proportions (10%, 15% 20%, 25%, 30% and 40% by cement mass - binary systems), as well as by combining various proportions of SiAl with conventional SCMs such as a fly ash (FA), slag (SL) and silica fume (SF) in ternary mixes. The objective was to evaluate the effectiveness of those SCMS in reducing ASR expansion in accordance with accelerated tests CSA A23.2-25A/28A and AASHTO T 380-19. MCPT test results showed expansion reduction of 82 to 89% at selected critical testing periods for specimens incorporating 15 to 25% of SiAl (binary mixtures with reactive Spratt and Sudbury aggregates). In the case of ternary blends, a similar beneficial trend was observed; for example, increasing the amount of FA from 10 to 15% in a mixture incorporating 10% SiAl resulted in expansion reductions improving from 83 to 91% compared to the control OPC concrete (mixtures with the Spratt reactive aggregate). Such levels of expansion reductions allowed for a large number of the ternary mixtures tested to meet the acceptance limit proposed for the MCPT, but not always. Specimens incorporating at least 20% of the aluminosilicate (SiAl) residues were useful to prevent ASR expansion caused by the use of reactive aggregates (Spratt and Sudbury). To correlate the results obtained from the accelerated tests, those were compared with expansion trends measured on concrete blocks built with the same amount of SCMs and exposed to natural conditions for a period of 20 years.

Au Québec, plusieurs ouvrages d'art et infrastructures routières en béton sont en mauvais état en raison d'un manque d'entretien combiné aux effets d'un climat rigoureux. Pour continuer à offrir aux usagers un service sécuritaire tout en minimisant les délais et interruptions, les gestionnaires doivent souvent recourir à des techniques et matériaux permettant des interventions rapides. Ainsi on fait régulièrement appel à des matériaux de réparation à prise rapide et/ou à haute résistance initiale. Malheureusement, ces matériaux présentent parfois des problèmes de fiabilité, notamment sur le plan rhéologique et du point de vue de la durabilité. Dans le projet faisant l'objet du présent mémoire, des essais ciblés ont été effectués sur une sélection de matériaux en vue d'en caractériser la performance et la robustesse. Il a été démontré que certaines catégories de matériaux peuvent offrir la robustesse recherchée, mais que leur sélection doit être effectuée en regard des conditions d'utilisation et d'exposition, en particulier celles prévalant lors de l'intervention. Les recommandations sont faites pour les 3 grandes catégories de matériaux, en fonction du délai avant une remise en service. En deçà de 3 heures, les mortiers de ciment d'aluminate de calcium (CAC) et mortiers étendus de ciment de phosphate de magnésium (PMG-E) sont les meilleures options. Pour les mélanges avec accélérateurs de prise et une remise en service entre 8 et 24 heures, le mélange sans chlorure (SA) s'avère être une bonne option. Pour les matériaux de type HE (ciment à haute résistance initiale) et une remise en service variant de 12 à 20 heures, le HE1 se révèle être une option envisageable. Ces conclusions sont faites suite à l'analyse des résultats des divers essais et températures étudiés ainsi que les composantes et paramètres utilisés.

Les bétons alcali-activés à base de laitiers de haut-fourneau et de cendres volantes offrent une alternative à plus faible empreinte écologique au béton de ciment portland. Ainsi, ces bétons dits alcali-activés utilisent des précurseurs à base d’aluminosilicate qui se veulent souvent des résidus industriels en remplacement complet du ciment portland. Ces nouveaux bétons sont des alternatives intéressantes aux bétons usuels, mais le manque de données sur leur durabilité est un frein majeur à leur utilisation. Le but de cette recherche doctorale est d’évaluer la durabilité de ces bétons quant à leur performance aux cycles de gel-dégel, à la résistance à l’écaillage en présence de sels déglaçants, aux changements volumétriques et face à la réaction alcalis-silice. La présence de microfissures en bas âge dans la matrice durcie des bétons alcali-activés résulte vraisemblablement du phénomène de retrait endogène. La quantification de cette microfissuration précoce a été possible via l’application de la méthode d’analyse du Damage Rating Index (DRI) qui a permis de mettre en évidence qu'une augmentation croissante de la teneur en cendres volantes du précurseur se traduit par une diminution de l’ampleur de cette microfissuration. La taille moyenne des pores mesurée des systèmes alcali-activés étudiés est inférieure aux valeurs des systèmes à base de ciment portland et la concentration élevée en ions sodium de la solution interstitielle font augmenter les tensions de surface générées dans les pores lors du phénomène d’autodesiccation. Les bétons alcali-activés laitiers/cendres volantes de ces travaux ne montrent aucun endommagement après 300 cycles de gel-dégel (Procédure ASTM C 666) avec ou sans l’utilisation d’un agent entraineur d’air. Ces mêmes bétons n’offrent toutefois pas une performance acceptable face à l’écaillage en présence de sels déglaçants avec des masses moyennes écaillées largement supérieures à la limite BNQ de 0,5 kg/m². La présence de microfissures, le ressuage, le lessivage des alcalis et la carbonatation en surface sont trois phénomènes observés qui peuvent expliquer les piètres performances à l’écaillage en présence de sels déglaçants. Les bétons alcali-activés laitiers/cendres volantes offrent différents niveaux de performance face à la réaction alcalis-silice en fonction de la teneur en cendres volantes (20, 30 et 40 %). Une augmentation de la fraction de cendres volantes se traduit par une diminution de l’expansion pour tous les différents granulats réactifs testés. Les bétons alcali-activés laitiers/CV incorporant des granulats réactifs (réactivité moyenne à extrême) montrent des endommagements allant de négligeables à marginaux après 2 ans (CSA A23.2-14A/28A). / Alkali-activated slag and fly ash-based concretes offer a low environmental footprint alternative to conventional portland cement-based concretes. These new materials use aluminosilicate-based precursors that are mostly industrial by-products in replacement of portland cement. To initiate the dissolution of these precursors and the subsequent cohesive paste formation, a highly alkaline solution is needed as activator. Although promising in terms of mechanical properties and chemical attack resistance, more research is needed to validate their long-term durability. Therefore, the main objective of this doctoral research is to evaluate the durability of alkali-activated slag/fly ash concretes regarding volumetric variations, freeze-thaw cycling, surface scaling in presence of deicing salts and alkali-aggregate reactivity. The presence of early-age microcracking in the hardened alkali-activated paste phase of these concretes seems to result mostly from the phenomenon of autogenous shrinkage. The quantification of this early-age microcracking through the Damage Rating Index (DRI) method showed that increasing fly ash contents in alkali-activated slag/fly ash systems results in decreasing values of DRI. When compared to portland cement-based systems, alkali-activated slag/fly ash systems show lower average pore sizes and higher sodium concentrations in their pore solution which both increase the surface tensions generated by self-desiccation. The alkali-activated slag/fly ash concretes of this study show no significant damage when exposed to 300 freeze-thaw cycles (ASTM C 666 Procedure) with or without the use of an air entraining admixture. However, these concretes offer poor performance when exposed to de-icing salts (in freeze-thaw conditions) with average scaling masses largely over the 0.50 kg/m² BNQ limit. Earlyage microcracking, alkali leaching and surface carbonation were observed on all the tested specimens and could explain the overall poor performance of these concretes to surface scaling in presence of de-icing salts. The performance of alkali-activated slag/fly ash concretes with regards to alkalis-silica reaction in the presence of reactive aggregates is mostly influenced by the fly ash content (20, 30 and 40 %). For all the tested reactive aggregates, increasing the fly ash content results in decreasing expansion values. Petrographic examinations (DRI) following the expansion testing confirms the presence of negligible to marginal damage after 2 years of testing in these concretes when incorporating moderately to extremely reactive aggregates.

Thèse en cotutelle, doctorat en génie civil : Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et Université Toulouse III - Paul Sabatier, Toulouse, France / Un modèle de comportement mécanique des bétons fibrés est développé et implanté dans le logiciel éléments finis Cast3m. Il vient compléter le modèle de fissuration orthotrope du béton Fluendo3D, en ajoutant la capacité de traiter des matériaux à fibres courtes, cylindriques et rectilignes. Ce modèle, qui s'appuie sur des données d'essais et certains mécanismes modélisés issus de la littérature, permet d'apporter des éléments de compréhension du comportement de ce type de matériau, et notamment concernant le phénomène de multi-fissuration. La caractérisation des phénomènes mis enjeu durant l'extraction des fibres est le point de départ de cette étude. Les effets de l'inclinaison des fibres par rapport à la direction d'extraction sont pris en compte et interviennent dans le comportement du modèle qui présente la capacité d'utiliser des orientations préférentielles de fibres. Le phénomène de multi-fissuration est représenté grâce à une loi d'effet d'échelle de Weibull qui permet de tenir compte de la dispersion des résistances à la traction du béton et d'expliquer le développement de la multi-fissuration. Cette représentation permet d'obtenir des distributions d'ouvertures de fissures dans des macro-éléments finis, et apporte donc une nouvelle précision dans le calcul des ouvertures de fissures dans des structures de grandes dimensions. / A model for the mechanical behavior of fiber-reinforced concrete is developed and implemented in Cast3m finite element software. It completes the orthotropic concrete cracking model Fluendo3D, by adding the ability to treat materials with short, cylindrical and straight fibers. This model, which is based on tests results and assumptions of mechanisms modelled from litterature, provides elements of understanding of the behavior of this type of material, especially concerning the phenomenon of multi-cracking. The characterization of the phenomena involved during the extraction of the fibers is the starting point of this study. The effects of the inclination of the fibers with respect to the direction of extraction are taken into account and intervene in the behavior of the model which presents the capacity to use preferential orientations of fibers. The multi-cracking phenomenon is represented by a Weibull scaling law that allows to take into account the dispersion of the concrete tensile strengths and to explain the development of multi-cracking process. This representation makes it possible to obtain crack opening distributions in macro-finite elements, and thus brings a new precision in the calculation of cracks openings in large structures.

Thèse en cotutelle, doctorat en génie civil : Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et Université Toulouse III - Paul Sabatier, Toulouse, France / Un modèle de comportement mécanique des bétons fibrés est développé et implanté dans le logiciel éléments finis Cast3m. Il vient compléter le modèle de fissuration orthotrope du béton Fluendo3D, en ajoutant la capacité de traiter des matériaux à fibres courtes, cylindriques et rectilignes. Ce modèle, qui s'appuie sur des données d'essais et certains mécanismes modélisés issus de la littérature, permet d'apporter des éléments de compréhension du comportement de ce type de matériau, et notamment concernant le phénomène de multi-fissuration. La caractérisation des phénomènes mis enjeu durant l'extraction des fibres est le point de départ de cette étude. Les effets de l'inclinaison des fibres par rapport à la direction d'extraction sont pris en compte et interviennent dans le comportement du modèle qui présente la capacité d'utiliser des orientations préférentielles de fibres. Le phénomène de multi-fissuration est représenté grâce à une loi d'effet d'échelle de Weibull qui permet de tenir compte de la dispersion des résistances à la traction du béton et d'expliquer le développement de la multi-fissuration. Cette représentation permet d'obtenir des distributions d'ouvertures de fissures dans des macro-éléments finis, et apporte donc une nouvelle précision dans le calcul des ouvertures de fissures dans des structures de grandes dimensions. / A model for the mechanical behavior of fiber-reinforced concrete is developed and implemented in Cast3m finite element software. It completes the orthotropic concrete cracking model Fluendo3D, by adding the ability to treat materials with short, cylindrical and straight fibers. This model, which is based on tests results and assumptions of mechanisms modelled from litterature, provides elements of understanding of the behavior of this type of material, especially concerning the phenomenon of multi-cracking. The characterization of the phenomena involved during the extraction of the fibers is the starting point of this study. The effects of the inclination of the fibers with respect to the direction of extraction are taken into account and intervene in the behavior of the model which presents the capacity to use preferential orientations of fibers. The multi-cracking phenomenon is represented by a Weibull scaling law that allows to take into account the dispersion of the concrete tensile strengths and to explain the development of multi-cracking process. This representation makes it possible to obtain crack opening distributions in macro-finite elements, and thus brings a new precision in the calculation of cracks openings in large structures.

Titre de l'écran-titre (visionné le 5 septembre 2023) / Au vu de l'urgence climatique actuelle et des différents rapports scientifiques au sujet du dérèglement climatique, il est primordial et même vital de réduire drastiquement la pollution générée par l'Homme. Le dernier rapport du GIEC (Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Évolution du Climat) (2022) indique qu'il faut effectivement réduire de moitié les émissions d'ici 2030 et insiste fortement sur la nécessité d'agir immédiatement afin de préserver la planète. Dans ce sens, l'industrie de la production de béton est responsable de 4 à 8% des rejets totaux humains de dioxyde de carbone et doit donc urgemment évoluer afin de réduire son impact environnemental. L'objectif principal de cette étude est de participer à cette transition industrielle en développant un modèle numérique fiable et exploitable afin d'optimiser la production, diminuer le temps de malaxage et réduire le gaspillage du béton à l'aide des outils technologiques de contrôle qualité déjà mis en place. En effet, développer une simulation numérique permettant de mieux comprendre le comportement et les profils d'écoulement du béton frais à l'intérieur d'une toupie de malaxage est extrêmement prometteur puisqu'elle permet alors d'encore mieux optimiser les temps et les coûts de malaxage. Afin d'espérer exploiter un tel outil numérique complexe, la mise en place de modèles élémentaires d'écoulement du béton frais est essentielle afin de valider, caractériser et calibrer les simulations numériques. Dans ce mémoire, le développement de trois modèles simples d'écoulement est traité et les résultats obtenus ont permis de valider le comportement numérique de l'écoulement du béton frais. Chacun de ces modèles présente des forces et faiblesses et participe à la création d'un environnement de travail numérique qui permet de beaucoup mieux appréhender la rhéologie et le comportement d'écoulement du béton frais. Ce projet de recherche est donc une véritable porte d'entrée vers la modélisation complète de la production du béton frais. / In view of the current climate emergency and the various scientific reports on climate change, it is essential and even vital to drastically reduce man-made pollution. The latest IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) report (2022) indicates that emissions must be halved by 2030 and strongly emphasizes the need to act immediately to preserve the planet. In this sense, the concrete production industry is responsible for 4-8% of total human carbon dioxide emissions and therefore urgently needs to evolve to reduce its environmental impact. The main objective of this study is to participate in this industrial transition by developing a reliable and exploitable numerical model to optimize the production, reduce mixing time and also reduce concrete waste by using technological quality control tools already available. Indeed, developing a numerical simulation allowing to better understand the behavior and flow profiles of fresh concrete inside a mixing-truck is extremely promising as it allows for further optimization of mixing times and costs. In order to be able to exploit such a complex numerical tool, the implementation of elementary fresh concrete flow models is essential to validate, characterize and calibrate the numerical simulations. In this thesis, the development of three simple flow models is discussed and the results obtained are used to validate the numerical behavior of fresh concrete flow. Each of these models has strengths and weaknesses and contributes to the creation of a numerical working environment that provides a much better understanding of the rheology and flow behavior of fresh concrete. This research project is therefore a real gateway to a full modelling of fresh concrete production.

Ce projet était composé d’une campagne expérimentale en deux phases. Dans la première phase, des simulations à l’aide de la méthode des éléments finis ont été réalisées afin d'identifier les paramètres les plus sensibles. Dans la seconde phase, une série de 12 poutres en béton armé de 3,4 m de long ont été confectionnées. Ces poutres ont par la suite subi une cure thermique et un séchage à l’air. Ensuite, 10 des 12 poutres confectionnées ont été réparées dans leurs zones centrales en compression à l’aide de deux types de matériaux de réparation. Le premier matériau possédait une plus faible rigidité que le substrat, et le second, une rigidité supérieure. Les conclusions principales de l’étude montrent que le fait d’utiliser un matériau de réparation avec une rigidité supérieure à celle du substrat permet d’obtenir un comportement semblable à celui d’une poutre monolithique. En revanche, l’utilisation d’un matériau à plus faible rigidité tend à affecter négativement le comportement de la poutre réparée. Cette tendance est davantage marquée lorsque l’on considère une charge soutenue, car les matériaux à plus faible rigidité tendent à se déformer davantage que les matériaux plus rigides. Mots clés : Béton, capacité structurale, fluage, compression, MEF, poutre, propriétés mécaniques, réparation / A two-phase research program has been undertaken. In the first phase, computer simulations using a finite-element analysis (FEM) software have been performed to highlight the most sensitive. In the second phase, a series of 12 real-size reinforced concrete beams (3,4 m long) has been cast, air-conditioned and repaired at midspan to different extents, using two formulations of repair self-compacting concrete (high-stiffness and low-stiffness SCC’s), 10 of the 12 beams are repaired beam. The last 2 beams are monolithic beams and used as references. After the installation of the instrumentation, the beams are tested on a 4-point bending setup using two servo-hydraulic actuators, for the measurement of the instantaneous and long-term load deformation. The analysis that follows illustrates the correlation between laboratory results and numerical simulations. The main findings of the study show that using a repair material with a higher stiffness than that of the substrate results in a behavior similar to the monolithic beam. However the use of a material with a lower stiffness tends to negatively affect the behavior of the repaired beam. This trend is more pronounced when considering a sustained load, because the materials with lower stiffness tend to deform more than the rigid materials, it follows that the creep at the young age of the material also affects the behavior of the repaired beams, and that the use of a more rigid material allows the repaired beam to behave like a monolithic beam. Keywords: Beam, concrete, compression, creep, FEM, mechanical repair, structural capacity